Устройство для определения расстояния до места повреждения изоляции жилы на оболочку силового кабеля Советский патент 1986 года по МПК G01R31/08 

дения от нуля до сотен МОм. В описании приведена принципиальная схема импульсного высоковольтного генератора постоянного тока, изображены эпю1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения расстояни до места повреждения изоляции в силовых кабельных линиях 1-35 кВ в месте повреждения от нуля до сБтен МОм.

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства путем расширения значений переходных сопротивлений в месте повреждения от нуля до сотен МОм.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, подключенного к проверяемому силовому кабелю 1; на фиг. 2 - принципиальная схема высоковольтного импульсного генератора постоянного тока, на фиг, 3 - эпюры тока D , посылаемого в линию от генератора, и импульсы и на выходе блока формирования импульсов для разных моментов времени; на фиг. 4 - таблица состояния сигналов на входах и выходах элементов схемы в различные моменты времени.

Устройство содержит высоковольтный импульсный генератор 2, блок 3 присоединения, блок 4 формирования импульсов, первый 5 и второй 6 элементы И, блок 7 формирования строба, блок 8 задержки, блок 9 управления, счетчик 10 времени и элемент 11 блокировки.

Первый выход высоковольтного импульсного генератора 2 соединен с клеммой для подключения к поврежден- жиле кабеля 1, выход блока 3 присоединения соединен с входом блока 4 формирования импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И 5, выход первого элемента И 5 соединен с первым входом блока 7 формирования строба и первым входом блока 8 задержки, выход блока 8 задержки соединен с вторым входом первого элемента И 5 и

ры тока, посылаемого в линию от генератора, и импульсы напряжения на выходе блокаформирования импульсов для разных моментов времени. 1 з .п.ф-лы,4ил ,

четвертым входом второго элемента И

6, выход второго элемента И 6 соединен с вторым входом блока 8 задержки и -третьим входом блока 7 формирования

строба, выход которого соединен с первым входом элемента 11 блокировки и первым входом счетчика 10 времени, вторые входы блока 7 формирования строба, элемента 11 блокировки и

счетчика 10 времени объединены и со- единены с общей клеммой Сброс,первый вход блока 9 управления соединен с первым входом блока 8 задержки,второй вход блока 9 управления соединен .

с вторым входом второго, элемента И 6, первый выход блока 9 управления соединен с третьим входом первого элем€ -нта И 5, второй вход блока 9 управления соединен с третьим входом

второго элемента И 6, выход элемента . 11 блокировки соединен с вторым- входом второго элемента И 6 и вторым входом блока 9 управления, первый вход второго элемента И 6 соединен с

выходом блока 4 формирования импульсов, выход блока 3 присоединения соединен с клеммой для подключения к обо- лочке кабеля 1, второй выход высоковольтного импульсного генератора 2 соединен с входом блока 3 присоединения, третий вход блока 9 управления соединен с общей клеммой Сброс.

Высоковольтный импульсный генератор 2 содержит высоковольтный истрчник 12 напряжения постоянного тока, от которого происходит заряд конденсатора 13 до напряжения пробоя разрядника. 14. При пробое разрядника 14 заряжениьй конденсатор 13 подключается

к жиле кабеля 1. Генератор 2 может работать в релаксационном режиме,периодически посылая импульсы в линию (фиг. 2). .

Блок 3 присоединения состоит из импульсного трансформатора.Входная цепь (первичная обмотка) включается

I

в цепь тока разряда конденсатора с генератора 2 на линию. Выход (вторичная обмотка) соединяется с блоком 4 формирования импульсов (фиг. 3).Блок 4 формирования импульсов имеет на входе регулируемый делитель напряжения по схеме потенциометра, выход которого включен на вход триггера с эмит- терной связью.

Блок 7 формирования строба представляет собой триггер с раздельными входами. Третий вход является пусковым, при подаче на этот вход сигнала о на выходе образуется сигнал-строб о, непрерывно воздействующий на пуск и работу счетчика 10 времени. Первый вход является останавливающим, при подаче на этот вход О на выход блока 7 появляется 1 и прекращаетс формирование сигнала-строба. Воздействие импульсов о на первый вход блока 7 не может вызвать пуск блока 7.

Блок 8 задержки состоит из одно- вибратора с регулируемой уставкой длительности времени срабатывания. Блок 9 управления представляет собой триггер с раздельными входами.Счетчик 10 времени состоит из быстродействующего- электронного измерителя интервала времени, определяемого длительностью сигнала-строба о, подаваемого на его первый вход. Элемент 11 блокировки- состоит из триггера с одним пусковым входом. Возврат в исходное состояние производится только от клеммы Сброс по второму входу.

Устройство работает следующим образом.

В импульсном генераторе 2 происходит заряд конденсатора 13 до напряжения пробоя разрядника 14. В момент пробоя последнего к линии подключается заряженный конденсатор 13 и генератора 2 в поврежденную ж31лу кабеля Гпосьтается высоковольтная электромагнитная волна, которая, достигнув места повреждения, вызывает в нем электрический пробой. Образовавшийся пробой характеризуется очень низким сопротивлением (доли Ома),что вызыв т отражение электромагнитной волны обратно к генератору 2.Конденсатор с генератора 2 име.ет низкое волновое сопротивление и поз тому пришедшая отраженная волна снова отра- жается от заряженного конденсатора 13. Возникает волновой колебательный процесс разряда конденсатора на ли263604

нию. Изменение тока в цепи разряда конденсатора показано на фиг.За.

Блок 3 присоединения преобразует . импульсы тока колебательного проце- 5 сса в импульсы напряжения, которые на выходе делителя напряжения в блоке 4 формирования импульсов имеют вид, изображенный на фиг. Зб - д.

Временной интервал Т ,ограниченный

0 моментами времени t - t. и равный Т t,j - t , соответствует времени пробега волны, посланной от начала кабельной линии в момент времени t к месту повреждения, плюс время проJ бега волны, отраженной от места повреждения и пришедшей к началу линии в момент времени t . Временной интервал Т,, ограниченный моментами времени t - t и равный Т tj -t,

Q соответствует времени пробега фронта волнь, пришедшей к началу линии в момент времени t и в этот же момент отраженной в линию, вторично пришедшей к месту повреждения и снова от, раженной от повреждения и пришедшей к началу линии и в момент времени t . Такой процесс пробега волны происходит многократно до полного затухания высоковольтных колебаний.

При извест.ной скорости распростраг нения фронта электромагнитной волны по кабельной линии расстояние до места повреждения линии определяется по формуле

0

35

1,

V

п,

где t - расстояние до места повреждения ,

Т - интервал времени пробега фронта электромагнитной волны по кабельной линии от -генератора до места электрического пробоя изаг ляции и обратно,

V - скорость распространения фронта электромагнитной волны в кабельной линии , .

h - показания измерителя интервала времени, програ- дуированного в метрах с

V

учетом коэффициента .

Первый временной интервал Т может быть больше по длительности времени по сравнению с интервалами времени Т, Тд, Т,, и т. д., т. е. Т, Т.

m гр

Ъ

Увеличение времени Т может быть вызвано запаздыванием момента пробоя в месте повреждения по отношению к моменту прихода начала фронта высоковольтной волны напряжения. Запаздывание пробоя вызывается уменьшением крутизны нарастания напряжения на фронте посланной волны вследствие затухания и искажения волны при ее распространении по линии.

Временные интервалы Т , Т, и т. д. будут по длительности одинаковы, т. е. Т Т, J так как импульсы, соответствующие времени t , t, образованы в результате отражения от устойчивой электрической дуги, вызванной первым посланным импульсом. Поэтому при измерении расстояния до места повреждеиия- высоковольтного кабеля методом посыпки высоковольтной волны от заряженного конденсатора для получения необходимой точности следует измерить временной интервал Т,

tg - t,,.

В кабельных линиях могут иметься значительные неоднородности волнового сопротивления по длине линии, вызванные соединением ка белей различных типов и сечений, а также некоторыми видами соединительных муфт. Такие неоднородности создают дополнительные частичные отражения электромагнитных волн (фиг. Зв, что может вызвать неверные измерения). Ложные измерения происходящие от таких помех, могут быть исключены путем регулируемого уменьшения чувствительности срабатывания устройства (фиг. Зг), осуществляемого блоком 4 формирования им- . пульсов.Однако,при этом будет уменьшена точность измерения интервала времени Tjj , вследствие уменьшения крутизны фронтов импульсов,

Высокая точность измерения при наличии помех от неоднородностей волнового сопротивления линии достигается путем введения регулируемого интервала в ремени Т Т в блоке 8 задержки. В течение введенного интервала времени Т задерживается воздействие импульсов помех на цепь останова счетчика 10 времени (фиг.Зд). Величина интервала времени Т выбирается на 5 - 10% меньше интервала времени Т, замеренного при уменьше-; НИИ чувствительности срабатывания устройства.

Перед измерением производится установка элементов схемы в исходное

0

5

0

5

состояние путем подачи обнуляющего сигнала в общую цепь Сброс. При этом с выхода элемента 11 блокировки поступает 1 на второй вход второго элемента И 6 и на второй вход блока 9 управления. С второго выхода блока 9 управления на третий вход второго элемента И 6 поступает О. С выхода блока 8 задержки на второй вход первого элемента И 5 и четвер- тый вход второго элемента И 6 поступает 1. Счетчик 10 времени устанавливает свои показания на нуль.

После выполнения операции Сброс устанавливаются определенные состояния сигналов на входах и выходах различных элементах схемы устройства в соответствии с таблицей (фиг.4) для момента времени i 0. Состояние сигналов на входах и выходах элементов схемы для различных моментов времени (фиг. Зд) показаны в таблице (фиг. 4) . Обозначение сигнала в виде дроби, например 1/0, показывает, что сигнал в данный момент времени изменяется с 1 на 0.

Вв:лючение генератора. После включения гб нератора 2 происходит плавное увеличение напряжения заряда конденсатора 13 генератора 2, определяемое постоянной времени цепи заряда. При достижении зарядом напряжения пробоя разрядника 14 генератора 2 происходит пробой разрядника, что соответствует моменту времени t. , и конденсатор 13 подключается к линии.

В момент времени t высоковольтный импульсный генератор 2 посыпает волну тока в поврежденную жилу кабеля 1 „. Блок 3 присоединения передает импульс начального фронта посланной волны тока на вход блока 4 формирования импульсов, с выхода которого на первые входы первого элемента И 5 и второго элемента И 6 поступает Так как в зт.от момент дер- вый элемент И 5 на всех входах имеет Г% то на его выходе образу- 0 ется о, воздействующий на первый .„вход блока 8 задержки, на первый вход блока 9 управления и на первый вход блока 7 формирования строба.

0

5

При этом в следующий момент времени t - &l t , где время - срабатывания электронной схемы (фиг. Зд),.

Блок 9 управления переключается и с его первого выхода на третий

вход первого элемента И 5 подается о, а с второго выхода блока 9 на третий вход второго элемента И 6 поступает 1, блок 8 задержки запускается на установленный интервал времени т , и с его выхода на второй вход первого элемента И 5 и на четвертый вход второго элемента И 6 поступает О, что блокирует возможность воздействия сигналов, созданных помехами на линии, на работу устройства. После истечения интервала времени задержки с выхода блока 8 задержки на второй вход первого элемента И 5 и четвертый вход второго элемента И 6 поступает 1. Так как интервал времени задержки выбирается и устанавливается с учетом неравенства 1 Т- : Т , то к моменту вре- менд i. блокировка, создаваемая блоком 8 задержки, снимается. Блок 7 формирования строба не переключен, так как первый вход этого блока не является пусковым.

В момент времени tj , соответствующий приходу к началу линии первой волны тока, отраженной от места повреждения линии, создается импульс, который через блок 3 присоединения поступает на блок 4 формирования импульсов, с выхода которого на первые входы первого элемента И 5 и второго элемента И 6 подается 1. В этот момент времени второй элемент И 6 имеет 1 на всех входах и поэтому на его выходе образуется О, воздействующий на третий вход блока 7 формирования строба и на второй вход блока 8 задержки. При этом блок 7 формирования строба будет пущен, и на его выходе образован сигнал-строб о, воздействующий на пуск и работу счетчика 10 времени, который начинает производить счет-измерение интервала времени с момента времени t,. Одновременно с выхода блока 7 формирования строба на вход элемента 11 бпокировки подается О.Элемент 11 блокировки срабатывает, и с его выхода на второй, вход второго элемента И 6 и второй вход блока 9 управления подается О. Блок 9 управления переключается, и с его первого выхода на третий вход первого элемента И 5 подается 1, а с его второго выхода на третий вход второго элемента И 6 подается О. Блок 8 задержки будет запущен и в течение интервала времени Т блокирует воз226360И

можность срабатывания устройства от сигналов, создаваемых помехами.

t , t| , - моменты времени, соответствующие состояниям схемы перед подачей основного импульса.

В момент времени t , соответствующий приходу к началу кабельной линии рторой волны тока, отраженной от места повреждения (пробоя) изоляции

10 линии, создается импульс, который через блоки 3 и 4 поступает на первые , входы первого элемента И 5 и второго элемента И 6. В этот момент времени на всех входах первого элемента И 5

,5 будет 1. С выхода элемента И 5 на первый вход блока 7 формирования строба, на первый вход блока 9 управления и на первый вход блока 8 задержки подается О. При этом блок

2Q 7 формирования строба выключен и на его выходе прекращен сигнал-строб. Счетчию 10 времени останавливается в момент времени i.. Интервал времени, измеренный счетчиком, равен - п

25 Т,, , что соответствует расстоянию до места повреждения равному 1 Т -. Блок 9 управления переключается. С первого выхода этого блока на третий вход первого элемента И 5 подается На второй вход второго элемента И 6 с выхода элемента 11 блокировки подается О. Первый и второй элементы И 5 и 6 блокированы

35 и при поступлении 1 на их первые входы схемы не формируют О на своих выходах.

Таким образом, после окончания процесса измерения (в момент време 0 ни1; ) устройство самоблокируется, и результат измерения на счетчике 10 времени фиксируется. Повторные измерения возможны после производства операции Сброс и новой посылки соковольтной волны от высоковольтного генератора 2 в кабельную линию 1.

Предлагаемое устройство за счет посылки высоковольтной электромагнитной волны в поврежденную жилу кабель50 ной линии и измерения длительности интервала времени ,j (фиг. 3) обеспечивает измерение расстояния до места повреждения изоляции жилы в широком диапазоне значений переход55 ного сопротивления в месте повреждения - от нуля до сотен МОм.Измерение интервала времени в течение второго цикла пробега электромагнитной волны

от начала линии до места повреждения и обратно обеспечивает высокую точность измерения, так как исключается погрешность, вызываемая временем задержки на формирование искрового пробоя в месте повреждения. Кроме того, применение предлагаемого устройства позволяет повысить производительность труда, сократить время поиска повреждений, что повьшает надежность электроснабжения потребителей„

Формула изобретения

1. Устройство для определения расстояния до места повреждения изоляци жилы на оболочку силового кабеля,содержащее высоковольтный генератор, блок присоединения, блок формировани импульсов, первый и второй элементы И блок формирования строба, счетчик времени, элемент блокировки, блов: задержки, первый выход высоковольтного генератора соединен с клеммой для подключения к поврежденной жиле,один выход блока присоединения соединен с входом блока формирования импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, выход первого элемента И соединен с первым входом блока формирования строба и первым входом блока задержки, выход блока задержки соединен с вторым входом первого элемента И и четвертым входом второго элемента И, выход второго элемента И соединен с вторым входом блока задержки и третьим входом блока формирования строба, выход которого соединен с первым входом элемента блокировки и первым входом счетчика времени, вторые входы блока

Фиг.2

5

0

5

формирования строба, элемента блокировки и счетчика времени объединены и соединены с общей клеммой Сброс, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, в него введен блок управления, а высоковольтный генератор выполнен в виде импульсного высоковольтного генератора, причем первый вход блока управления соединен с первым входом блока задержки, второй вход блока управления соединен с вторым входом второго элемента И и с выходом элемента блокировки, первый выход блока управления соединен с третьим входом первого элемента И, второй выход блока управления соединен с третьим входом второго элемента И,первый вход второго элемента И соединен с выходом блока формирования импульсов, второй вькод блока присоединения соединен .с клеммой для подключения к оболочке кабеля, второй выход высоковольтного генератора соединен с вхо- д|;ом блока присоединения, третий вход . блока управления соединен с общей клеммой Сброс.

30

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что импульсный высоковольтньй генератор содержит источник постоянного тока,конденсатор и разрядник, первьй вывод высоковольтного источника соединен с общей Ш1-1НОЙ, а второй - с первым

35 выводом конденсатора и через разрядник - с первым выходом импульсно го высоковольтного генератора, вто- ., рой вывод конденсатора соединен с вторым выходом импульсного высоко40 вольтного генератора.

t,

t2tjц

Фиг.З

Изобретение может быть использовано для определения расстояния до места повреждения изоляции в силовых кабель ных линиях 1-35 кВ в месте повреждения от нуля Ом до сотен МОм. Цель изобретения - повышение чувствительности устройства. Устройство содержит высоковольтньй импульсный ге- нератор 2, блок 3 присоединения,блок 4формирования импульсов, элементы 5и 6 И, блок 7 формирования строба, блок 8 задержки, блок 9 управления, счетчик 10 времени, элемент 11 блокировки и проверяемый силовой кабель 1. Введение блока 9 управления, выполнение высоковольтного генератора в виде импульсного высоковольтного ге . нератора 2 расширило значения переходных сопротивлений в месте поврежI (Л s 00 OS