БЕЗБАТАРЕЙНЫЙ ИНДИКАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК G01R19/155 H02H5/04 

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к средствам контроля опасных факторов в электроэнергетике, не имеющим элементов питания и использующим энергию электрического поля в окрестностях токоведущих частей электроустановок выше 1000 В.

Аналогом является индикатор напряжения, содержащий основание, токопроводящий элемент, контактирующий с токоведущей шиной контролируемого объекта, электронный блок, по меньшей мере, один источник светового излучения и крышку, при этом крышка выполнена с окнами для прохождения светового излучения в различных направлениях (Патент RU 142303 U1, МПК G01R 19/155 (2006.01), опубликован 27.06.2014).

Недостатками аналога являются:

крепление индикатора на токоведущей шине только болтом или винтом, что предполагает установку индикатора только на уже имеющиеся контактные соединения на электрической шине, что ограничивает возможные места стационарной установки такого индикатора внутри электроустановки;

индикация наличия напряжения происходит только оптическим способом благодаря применению одного и более источника импульсного световых сигналов, что с учетом ограничений в возможных местах установки такого индикатора снижает надежность предупреждения персонала о наличии опасного высокого напряжения на токоведущей шине в сложно доступных и/или не просматриваемых напрямую зонах внутри распределительных устройств;

наличие дополнительных окон в крышке индикатора уменьшает интенсивность светового потока (яркость) от источников импульсных световых сигналов из-за неминуемых потерь при прохождении света через окна, а также повышает сложность изготовления крышки, и в конечном итоге увеличивает стоимость индикатора напряжения при их массовом изготовлении.

Прототипом является индикатор наличия напряжения, превышающего 0,45 номинального, имеющий контакт с шиной под высоким напряжением 6-35 кВ, характеризующийся тем, что индикатор использует энергию электрического поля, накапливаемую в устройстве накопления энергии, в состав которого входит блок емкостных делителей, реализованный в виде диодного моста с диодами, имеющими минимальную емкость перехода и минимальный ток утечки, при этом данный блок соединен с одной стороны с паразитной емкостью, а с другой - через проводник с высоковольтной шиной, причем через вышеупомянутый диодный мост заряжается конденсатор, накапливая энергию, необходимую для срабатывания токового ключа, который при превышении порога срабатывания, запускает блок индикации. (Патент RU 192929 U1, МПК Н02Н 5/04 (2006.01), опубликован 08.10.2019).

Корпус индикатора выполнен из изоляционного материала, например, из эпоксидного компаунда. Индикатор закреплен на высоковольтной шине посредством винта и гайки.

Основными недостатками прототипа являются ограниченные эксплуатационные возможности индикатора наличия напряжения из-за того, что он пригоден для установки только в новых распределительных устройствах (электроустановках) высокого напряжения, в которых заводом-изготовителем электроустановок конструктивно предусмотрено отверстие под винт для установки такого индикатора в высоковольтной шине.

Самовольное сверление отверстия, несогласованное с заводом-изготовителем, в рассчитанной под номинальный ток высоковольтной шине в распределительных устройствах существующих электроустановок невозможно или по эксплуатационным соображениям, или из-за требований действия гарантийных обязательств от производителя.

Также недостатком прототипа является низкая надежность сигнализации персоналу об опасном высоком напряжении из-за того, что индикация наличия опасного высокого напряжения происходит только оптическим способом благодаря применению одного светодиода, подключенного к блоку индикации, причем предполагается установка сверхъяркого светодиода только в одной плоскости индикатора.

Это не позволяет надежно удостовериться в наличии опасного высокого напряжения со всех практически возможных ракурсов обзора индикатора в электроустановках, разделенных на отсеки, а также в сложно доступных и/или не просматриваемых напрямую зонах внутри распределительных устройств (электроустановок), что потенциально может представлять опасность для персонала.

Задачей изобретения является разработка безбатарейного индикатора опасного напряжения на токоведущих частях электроустановок напряжением выше 1000 В, работающего за счет энергии электрического поля в зоне стационарной установки индикатора в практически любом месте электроустановки без вмешательства в его конструктив, надежно предупреждающий персонал о наличии высокого напряжения в автоматическом импульсном режиме за счет подачи световых и звуковых сигналов в различных направлениях.

Основным техническим результатом изобретения является расширение эксплуатационных возможностей индикатора высокого напряжения при повышении надежности сигнализации персоналу об опасном напряжении на возможных для прикосновения персоналом токоведущих частях электроустановок напряжением выше 1000 В.

Технический результат достигается тем, что в безбатарейный индикатор высокого напряжения, содержащий корпус, выполненный из электроизоляционного материала, в котором установлены устройство накопления энергии, блок индикации, при этом устройство накопления энергии через контакты подключено к блоку индикации и содержит токовый ключ, блок емкостных делителей, включающий в себя диодный мост, к которому подключен элемент накопления энергии, подключенный к токовому ключу и осуществляющий накопление энергии через паразитную емкость, подключенную к заземленному элементу электроустановки напряжением выше 1000 В, согласно настоящему изобретению, дополнительно введен токопроводящий элемент, закрепленный с возможностью контакта и гальванической связи на высоковольтном токопроводе электроустановки напряжением выше 1000 В и выполненный в виде металлической пластины, при этом корпус состоит из двух секций, свободно вращающихся относительно друг друга, причем нижняя секция корпуса жестко закреплена на токопроводящем элементе.

А также тем, что токопроводящий элемент выполнен из алюминиевого или медного сплава, или из нержавеющей стали.

А также тем, что в токопроводящем элементе выполнено отверстие или вырез под болт или винт с возможностью крепления нижней секции корпуса на высоковольтном токопроводе.

А также тем, что в токопроводящем элементе выполнена проушина для кабельных стяжек или шпоночный паз для шинного зажима с возможностью крепления нижней секции корпуса на высоковольтном токопроводе.

А также тем, что токопроводящий элемент через болт или через винт подключен посредством проводника к блоку емкостных делителей.

А также тем, что токопроводящий элемент через кабельную стяжку или через шинный зажим подключен посредством проводника к блоку емкостных делителей.

А также тем, что блок индикации подключен к п источникам звуковых сигналов и N источникам световых сигналов, излучение которых имеет различное направление, причем излучения N источников световых сигналов направлены под равными углами относительно друг друга.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 - фиг. 6).

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены соответственно функциональная схема и общий вид предлагаемого безбатарейного индикатора высокого напряжения.

На фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6 показаны возможности крепления нижней секции корпуса безбатарейного индикатора на высоковольтном токопроводе электроустановки напряжением выше 1000 В.

Безбатарейный индикатор высокого напряжения содержит корпус 1, выполненный из электроизоляционного материала, в котором установлены устройство 2 накопления энергии и блок 3 индикации.

Устройство 2 накопления энергии через контакты 4, 5 подключено к блоку 3 индикации и содержит токовый ключ 6, блок 7 емкостных делителей, включающий в себя диодный мост (на фиг. 1 не показан), к которому подключен элемент 8 накопления энергии, подключенный к токовому ключу 6 и осуществляющий накопление энергии через паразитную емкость 9, подключенную к заземленному элементу 10 электроустановки напряжением выше 1000 В.

Отличием предлагаемого безбатарейного индикатора высокого напряжения является то, что в него дополнительно введен токопроводящий элемент 11, закрепленный с возможностью контакта и гальванической связи на высоковольтном токопроводе 12 электроустановки напряжением выше 1000 В (см. фиг. 1).

Токопроводящий элемент 11 выполнен в виде металлической пластины, при этом корпус 1 состоит из двух секций, нижней 13 и верхней 14, свободно вращающихся относительно друг друга, причем нижняя секция 13 корпуса 1 жестко закреплена на токопроводящем элементе 11 (см. фиг. 2 - фиг. 6).

Токопроводящий элемент 11 может быть выполнен из алюминиевого или медного сплава, или из нержавеющей стали.

В токопроводящем элементе 11 может быть выполнено отверстие 15 или вырез 16 под болт 17 или винт 18 с возможностью крепления нижней секции 13 корпуса 1 на высоковольтном токопроводе 12 (см. фиг. 2 - фиг. 4).

В токопроводящем элементе 11 может быть выполнена проушина 19 для кабельных стяжек 20 или шпоночный паз 21 для шинного зажима 22 с возможностью крепления нижней секции 13 корпуса 1 на высоковольтном токопроводе 12 (см. фиг. 2 - фиг. 4).

Токопроводящий элемент 11 может быть через болт 17 или через винт 18 подключен посредством проводника 23 к блоку 7 емкостных делителей (на фиг. 3 и фиг. 4 проводник 23 условно не показан).

Токопроводящий элемент 11 может быть через кабельную стяжку 20 или через шинный зажим 22 подключен посредством проводника 23 к блоку 7 емкостных делителей (на фиг. 5 и фиг. 6 проводник 23 условно не показан).

Блок 3 индикации подключен к N источникам 24 световых сигналов, например, к трем источникам 24 световых сигналов (см. фиг. 2 - фиг. 6), излучение которых имеет различное направление, а также к n источникам 25 звуковых сигналов.

N источников 24 световых сигналов представляют собой светодиоды, излучение которых имеет различное направление.

Излучения N светодиодов 24 направлены под равными углами относительно друг друга (см. фиг. 2).

Таким образом, безбатарейный индикатор высокого напряжения имеет устройство 2 накопления энергии, содержащее блок 7 емкостных делителей, включающий в себя, в том числе, диодный мост, к которому подключен элемент 8 накопления энергии (накопительный конденсатор или ионистор), подключенный в свою очередь к токовому ключу 6, осуществляющее накопление энергии через паразитную емкость 9 относительно заземленного элемента 10 (корпуса или панели) в электроустановке напряжением выше 1000 В, при этом устройство 2 накопления энергии через контакты 4 и 5 подключено к блоку 3 индикации.

Тело индикатора представляет собой корпус 1 из электроизоляционного материала, состоящий из двух свободно вращающихся относительно друг друга секций 13 и 14, причем нижняя секция 13 корпуса 1 жестко закреплена на токопроводящем элементе 11 индикатора, а блок 7 емкостных делителей устройства 2 накопления энергии подключен через проводник 23 к закрепленному на высоковольтном токопроводе 12 через болт 17, или винт 18, и/или кабельную стяжку 20 (хомут), и/или шинный зажим 22 токопроводящему элементу 11 индикатора, имеющему надежный контакт и гальваническую связь с высоковольтным токопроводом 12, а блок 3 индикации подключен к трем источникам 24 световых сигналов (светодиодам), излучение которых имеет различное, предпочтительно в круговой симметрии, направление, а также к дополнительному источнику 25 звуковых сигналов (динамику).

Работа предлагаемого безбатарейного индикатора высокого напряжения осуществляется следующим образом:

Безбатарейный индикатор посредством токопроводящего элемента 11 через болт 17, или винт 18, и/или кабельную стяжку 20 (хомут), и/или шинный зажим 22 устанавливается или на контактное соединение на высоковольтном токопроводе 12, или непосредственно на высоковольтный токопровод 12 (электрическую шину комплектного распределительного устройства или камеры сборной одностороннего обслуживания, гибкую или жесткую ошиновку открытого распределительного устройства, фазный провод воздушной линии электропередачи), к которому потенциально может прикоснуться персонал в электроустановке напряжением выше 1000 В, при этом для удобства применения инструментов и монтажа безбатарейного индикатора в необходимом месте верхняя секция 14 корпуса 1 индикатора поворачивается на любой требуемый угол относительно нижней секции 13 корпуса 1 индикатора, жестко закрепленного на токопроводящем элементе 11 индикатора.

После монтажа безбатарейного индикатора верхняя секция 14 корпуса 1 индикатора может быть или возвращена с исходное строго параллельное к токопроводящему элементу 11 индикатора положение, или для возможного в некоторых случаях повышения уровня светового и/или звукового сигнала при соответствии требованиям действующих правил устройства электроустановок быть повернутой на угол 180° относительно нижней секции 13 корпуса 1 индикатора, и соответственно токопроводящего элемента 11 индикатора.

После монтажа безбатарейного индикатора в требуемом, потенциально опасном для персонала месте на высоковольтном токопроводе 2, и включения напряжения в электроустановке напряжением выше 1000 В, безбатарейный индикатор начинает визуально сигнализировать о появлении напряжения выше 1000 В в месте установки безбатарейного индикатора на токопроводе изменением состояния (миганием), расположенных для надежной сигнализации для персонала светового излучения с разных ракурсов на верхней секции 14 корпуса 1 индикатора, как минимум трех светодиодов 24, а также аудиально сигнализировать периодическим срабатыванием (излучением слышимых человеческим ухом звуковых сигналов) динамика 25.

При этом работа (сигнализация) безбатарейного индикатора происходит абсолютно автономно, без дополнительных источников питания, например, аккумуляторных батарей, благодаря появлению электрического поля в окрестности токопровода, в месте установки безбатейного индикатора при подаче напряжения в электроустановке напряжением выше 1000 В.

Светодиоды 24 и динамик 25 получают периодическое (в два такта) питание через блок 3 индикации, подключенного к устройству 2 накопления энергии, в котором блок 7 емкостных делителей, включающий в себя в том числе диодный мост, подключенный с одной стороны к паразитной емкости 9 относительно заземленного корпуса 10 (или панели) электроустановки выше 1000 В, а с другой через проводник 23 к токопроводящему элементу 11 безбатарейного индикатора, имеющему надежный контакт и гальваническую связь с высоковольтным токопроводом 12, на котором был закреплен безбатарейный индикатор высокого напряжения.

Через диодный мост по цепи «токопроводящий элемент 11 безбатарейного индикатора - проводник 23 - блок 7 емкостных делителей - паразитная емкость 9» происходит зарядка элемента 8 накопления энергии (накопительного конденсатора или ионистора) - такт накопления энергии, причем накопительный конденсатор 8 (или ионистор) подключен с другой стороны к токовому ключу 6, при превышении порога срабатывания по напряжению которого происходит его замыкание, и через контакты 4 и 5 на период, не превышающий время полного разряда накопительного конденсатора 8 (или ионистора) происходит подключение к цепи устройства 2 накопления энергии - такт питания блока 3 индикации.

На это время включаются светодиоды 24 и динамик 25 безбатарейного индикатора, тем самым надежно и однозначно сигнализируя о наличии электрического поля, а следовательно, и высокого напряжения на высоковольтном токопроводе 12.

Далее, после снижения напряжения вследствие разряда накопительного конденсатора 8 (или ионистора) на вводах токового ключа 6 ниже определенного порогового значения минимального напряжения происходит размыкание токового ключа 6 и такт питания блока 3 индикации завершается, соответственно происходит отключение светодиодов 24 и динамика 25 безбатарейного индикатора, при этой возобновляется заряд накопительного конденсатора 8 (или ионистора) через блок 7 емкостных делителей от электрического поля между высоковольтным токопроводом 12 и заземленным корпусом 10 (или панелью) электроустановки напряжением выше 1000 В.

Таким образом возобновляется такт накопления энергии на накопительном конденсаторе 8 (или ионисторе). В результате возникают периодические циклы заряда-разряда накопительного конденсатора 8 (или ионистора), длительность которых зависит, прежде всего, от емкости накопительного конденсатора 8 (или ионистора), а также уровня напряжения на высоковольтном токопроводе 12.

Указанные периодические циклы и соответствующее мигание светодиодов 24, а также периодическое срабатывание динамика 25 безбатарейного индикатора происходят до тех пор, пока на высоковольтном токопроводе 12 электроустановки напряжением 1000 В присутствует напряжение.

Таким образом, по сравнению с аналогом и прототипом, выполнение безбатарейного индикатора в соответствии с предлагаемым техническим решением позволяет расширить его эксплуатационные возможности при повышении надежности сигнализации персоналу об опасном напряжении на возможных для прикосновения персоналом токоведущих частях электроустановок напряжением выше 1000 В.

Изобретение относится к средствам контроля опасных факторов в электроэнергетике, не имеющим элементов питания и использующим энергию электрического поля в окрестностях токоведущих частей электроустановок выше 1000 В. Индикатор содержит корпус, выполненный из электроизоляционного материала, в котором установлены устройство накопления энергии, блок индикации. Устройство накопления энергии через контакты подключено к блоку индикации и содержит токовый ключ, блок емкостных делителей, включающий в себя диодный мост, к которому подключен элемент накопления энергии, подключенный к токовому ключу и осуществляющий накопление энергии через паразитную емкость, подключенную к заземленному элементу электроустановки. В индикатор дополнительно введен токопроводящий элемент, закрепленный с возможностью контакта и гальванической связи на высоковольтном токопроводе электроустановки и выполненный в виде металлической пластины. Корпус состоит из двух секций, свободно вращающихся относительно друг друга, причем нижняя секция корпуса жестко закреплена на токопроводящем элементе. Блок емкостных делителей подключен через проводник к токопроводящему элементу, закрепленному на высоковольтном токопроводе, через болт, или винт, и/или кабельную стяжку (хомут), и/или шинный зажим. Блок индикации подключен к N источникам световых сигналов, излучение которых имеет различное направление, причем излучения N источников световых сигналов направлены под равными углами относительно друг друга, а также к n источникам звуковых сигналов. Техническим результатом при реализации заявленного решения является расширение эксплуатационных возможностей индикатора высокого напряжения при повышении надежности сигнализации персоналу об опасном напряжении на возможных для прикосновения персоналом токоведущих частях электроустановок. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Безбатарейный индикатор высокого напряжения, содержащий корпус, выполненный из электроизоляционного материала, в котором установлены устройство накопления энергии, блок индикации, при этом устройство накопления энергии через контакты подключено к блоку индикации и содержит токовый ключ, блок емкостных делителей, включающий в себя диодный мост, к которому подключен элемент накопления энергии, подключенный к токовому ключу и осуществляющий накопление энергии через паразитную емкость, подключенную к заземленному элементу электроустановки напряжением выше 1000 В, отличающийся тем, что в него дополнительно введен токопроводящий элемент, закрепленный с возможностью контакта и гальванической связи на высоковольтном токопроводе электроустановки напряжением выше 1000 В и выполненный в виде металлической пластины, при этом корпус состоит из двух секций, свободно вращающихся относительно друг друга, причем нижняя секция корпуса жестко закреплена на токопроводящем элементе.

2. Безбатарейный индикатор высокого напряжения по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящий элемент выполнен из алюминиевого или медного сплава или из нержавеющей стали.

3. Безбатарейный индикатор высокого напряжения по п. 1, отличающийся тем, что в токопроводящем элементе выполнено отверстие или вырез под болт или винт с возможностью крепления нижней секции корпуса на высоковольтном токопроводе.

4. Безбатарейный индикатор высокого напряжения по п. 1, отличающийся тем, что в токопроводящем элементе выполнена проушина для кабельных стяжек или шпоночный паз для шинного зажима с возможностью крепления нижней секции корпуса на высоковольтном токопроводе.

5. Безбатарейный индикатор высокого напряжения по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящий элемент через болт или через винт подключен посредством проводника к блоку емкостных делителей.

6. Безбатарейный индикатор высокого напряжения по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящий элемент через кабельную стяжку или через шинный зажим подключен посредством проводника к блоку емкостных делителей.

7. Безбатарейный индикатор высокого напряжения по п. 1, отличающийся тем, что блок индикации подключен к n источникам звуковых сигналов и N источникам световых сигналов, излучение которых имеет различное направление, причем излучения N источников световых сигналов направлены под равными углами относительно друг друга.