УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПОТЕНЦИАЛА НА КОНТУРЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ Российский патент 2019 года по МПК G01R31/02 

Область техники изобретения

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики контуров заземления электроустановок, имеющих территориально большой контур, подверженный протеканию больших аварийных токов. Подобные контуры заземления, воспринимающие большие аварийные токи, имеют, например, подстанции распределительных электрических сетей. Изобретение позволяет сделать вывод об эффективности контура заземления без проведения диагностических процедур, лишь на основании возмущающих воздействий на контур, возникающих в процессе эксплуатации. Изобретение является средством пассивного контроля контура заземления, выполняя его оценку на основании частых событий с низкой энергетической степенью воздействия, например, при коротких замыканиях или ударах молний вне электроустановки, позволяя прогнозировать работу контура заземления при более тяжелых воздействиях, например, близких коротких замыканиях или прямых попаданиях зарядов молний. Может использоваться как дополнительная мера ко всем другим способам контроля контура заземления.

Уровень техники изобретения

Контур заземления представляет собой совокупность горизонтальных и вертикальных заземлителей, соединенных между собой и охватывающих всю территорию размещения электроустановки. При возникновении аварийных токов коротких замыканий на землю или токов ударов молний, задача контура сводиться к снижению риска повреждения оборудования и поражения персонала за счет низкого собственного сопротивления для пропускания этих токов. Требования к построению контура заземления содержатся в ряде национальных стандартов, например, российских Правил устройства электроустановок (ПУЭ) издание 7, ГОСТ Р 50571.5.54-2011 или международных МЭК 60364-5-54:2002. Эти и многочисленные другие требования последовательно реализуются на стадии проектирования электроустановки и ее создания. В процессе эксплуатации, соответствие контура заданным требованиям, производится периодически, во время проведения измерений параметров контура. Своевременное выявление корродированных элементов контура заземления позволяет обеспечить безопасность работы электроустановки. Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в создании устройства, контролирующего состояние контура в процессе текущей эксплуатации с использованием в качестве тестовых воздействий токов, периодически возникающих в контуре в процессе работы электроустановки.

Раскрытие изобретения

Существующие на текущий момент устройства для контроля контура заземления представляют, как правило, комплексы, состоящие из источника генерирующего эталонное воздействие на контур и измерителя, позволяющего дать оценку состояния контура по реакции на это эталонное воздействие. Комплексы подключаются последовательно к каждому элементу контура на время проведения проверки, таким образом, на основании анализа всех измерений делается вывод о состоянии контура. Примером подобного устройства может служить устройство для измерения параметров заземления (RU 2103699). Всем подобным устройствам присущи следующие недостатки:

1. Проверка проводится единовременно только для одного фрагмента контура заземления, и для получения общей оценки состояния требуются аналитические методы сопоставления всех измерений;

2. Не учитываются параметры, оказывающие влияние на работу контура, но не поддающиеся аналитическому расчету, такие как, наличие множества заземленных экранов контрольных кабелей, проложенных по электроустановке, заземленные нейтрали сетей собственных нужд электроустановки;

3. Поскольку измерения проводят при малых мощностях эталонного сигнала, то при протекании через контур реально возникающих в нем токов большой мощности потенциал на контуре может сильно отличаться от ожидаемого.

Задача решается переходом от метода последовательных измерений к непрерывному измерению с использованием многоканального устройства, имеющего постоянное подключение к контуру заземления и измеряющего напряжения, на нем возникающие, в режиме реального времени. Многоканальное устройство представляет собой регистратор, фиксирующий в режиме реального времени величины напряжений по каждому из каналов. Каждый канал измерения, в общем случае, состоит из делителя напряжения, служащего для приведения уровня измеряемого напряжения к величине согласованной с измерительным органом и кабеля, осуществляющего подключение делителя к одной из точек контура заземления. Для исключения влияния на измерения цепей питания и связи, желательно, чтобы устройство имело автономный источник питания, например в виде солнечной батареи или электрохимического генератора. Связь с устройством может осуществляться по радиоканалу, либо с помощью оптической среды передачи данных. При необходимости измерения большого количества каналов, задача может выполняться с помощью нескольких подобных устройств. В таком случае, каждое последующее устройство, подключенное к общему контуру заземления, должно иметь с предыдущим устройством хотя бы одну общую точку измерений. В идеальном случае, количество каналов устройства совпадает с количеством узлов контура заземления. С точки зрения минимизации решения, возможно охватить измерениями только следующие точки контура заземления: места заземления устройств автоматики, места заземлений ограничителей перенапряжений, нейтралей трансформаторов, молниеотводов и наиболее удаленных точек заземлений ограждений электроустановки.

Описание работы

Предметом изобретения является устройство, фиксирующее величины напряжений, поступающих на его входы, подключенные к точкам контура заземления. На чертеже Фиг. 1 представлена функциональная схема работы устройства. Представленное устройство имеет каналы измерения А, В, ….. N. Количество каналов не ограничено, и определяется необходимой потребностью по обеспечению наблюдаемости контура заземления. Кабели 1, имеющие высоковольтную изоляцию, соединяют точки контура заземления А, В, N с делителями напряжения 2. Делители выполнены в виде цепи последовательно включенных активных сопротивлений, подключенных к контуру заземления в месте установки устройства. В месте соединения сопротивлений, напряжение, подведенное с точки подключения канала к контуру заземления, делиться пропорционально величинам сопротивлений. Величины сопротивлений подбираются так, чтобы обеспечить приемлемую максимальную величину напряжения, поступающего на измерительные органы 3 и 4 каждого канала.

Устройство имеет два вида измерительных органов для каждого канала измерения. Первый вид измерительного органа - измерительный орган пиковых значений напряжений 3, выполнен на основе пикового детектора, имеющего быстродействие прядка единиц - десятков микросекунд, сохраняет измеренное значение величины амплитуды пришедшего импульса напряжения до момента считывания показаний блоком вычисления и обработки измерений. Назначение первого вида измерительного органа - фиксация потенциалов на контуре заземления при ударах молний, ток которых имеет большое значение и малое время протекания с положительною или отрицательной полярностью напряжения. После считывания измеренных показаний модулем измерения, архивирования и передачи измеренных величин 5 по каналу обратной связи осуществляется сброс пиковых детекторов каналов, что подготавливает схемы пиковых детекторов к фиксации следующего импульса пика напряжения. Второй вид измерительного органа - измерительный орган средних значений напряжений 4, настроен на измерение потенциалов от протекания токов промышленной частоты, возникающих в контуре при коротких замыканиях как внутри электроустановки, так и на ее границах. Данный измерительный орган измеряет средние действующие значения напряжений. Поскольку промышленные частоты имеют периоды в десятки миллисекунд, а короткие замыкания длятся по несколько периодов напряжения сети, то измеренное значение среднего напряжения технически возможно считать при периодическом опросе модулем измерения, архивирования и передачи измеренных величин 5 в режиме реального времени. Такое сочетание измерительных органов позволяет получить максимально близкую к реальной картину возникающих перенапряжений на контуре заземления. При этом не предъявляются высокие требования к скорости обработки измерений микропроцессорным устройством, осуществляющим запись величин напряжений. Модуль измерения, архивирования и передачи измеренных величин осуществляет фиксацию времени замера напряжения измеренного измерительными органами 3 и 4 и в зависимости от величины осуществляет деление информации на значащую и малозначительную. Значащая информация, о наиболее высоких напряжениях на контуре заземления, вызванных ударами молний или короткими замыканиями в сети, фиксируются и предоставляются пользователю устройства одним из наиболее предпочтительных способов предоставления информации - визуально, на экране устройства, по интерфейсам передачи данных в системах автоматизации электроустановки, а также сохраняется в памяти устройства для ретроспективного просмотра. Полученная информация позволяет сделать выводы о качестве функционирования контура заземления, а также сопоставлять факты выявленных перенапряжений и факты действия релейных защит или повреждений отдельных микропроцессорных или электронных устройств защиты и автоматики электроустановки.

Краткое описание чертежей изобретения:

На чертеже Фиг. 1 предоставлена функциональная схема устройства, имеющего N измерительных каналов.

Позиция 1 - высоковольтные кабели, соединяющие точки контура заземления с делителями напряжения;

Позиция 2 - делители напряжения, осуществляющие приведение уровня напряжения к величинам, необходимым для проведения измерения;

Позиция 3 - измерительный орган пиковых значений напряжений;

Позиция 4 - измерительный орган средних значений напряжений;

Позиция 5 - модуль измерения, архивирования и передачи измеренных величин.

Осуществление изобретения:

Устройство реализуется средствами промышленной электроники с применением как аналоговых, так и цифровых элементов. Для построения измерителей пиковых значений целесообразно применить аналоговые микроэлектронные компоненты, имеющие максимальные скорости измерения напряжения. Для построения измерителя средних значений, архивирования и предоставления измерений в удобном для пользователя виде возможно применение цифровых микропроцессорных устройств.

Питание устройства может осуществляться как от автономных источников, так и от сети электропитания собственных нужд электроустановки при обеспечении приемлемого уровня изоляции. Использование автономных источников питания является более предпочтительным по причине полного отсутствия влияния на измерительные каналы. По этой же причине, предпочтительно использовать для информационной связи с устройством радиочастотные или волоконно-оптические каналы связи.

Конструктивные особенности устройства должны обеспечивать возможность работы в климатических и электромагнитных условиях места размещения устройства на территории электроустановки.

Источники информации

1. Патент RU 2103699. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗАЗЕМЛЕНИЯ:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики контуров заземления. Технический результат: возможность непрерывного контроля состояния контура в процессе текущей эксплуатации. Сущность: устройство использует измерение потенциалов в узлах контура при протекании через контур рабочих и аварийных токов, токов грозовых разрядов. Устройство состоит из изолированных проводников, подводящих потенциалы заземляющего контура к делителям напряжения, делителей напряжения, нормирующих измеряемое напряжение, измерителей пиковых и средних значений напряжения и микропроцессорного модуля для измерения, архивирования и передачи измеренных величин для визуализации с помощью человеко-машинных интерфейсов. 1 ил.

Устройство контроля контура заземления электроустановки, использующее измерение потенциалов в узлах контура при протекании через контур рабочих и аварийных токов, токов грозовых разрядов и состоящее из изолированных проводников, подводящих потенциалы заземляющего контура к делителям напряжения, делителей напряжения, нормирующих измеряемое напряжение, измерителей пиковых и средних значений напряжения и микропроцессорного модуля для измерения, архивирования и передачи измеренных величин для визуализации с помощью человеко-машинных интерфейсов.