Прибор для определения мест коронных разрядов на электрооборудовании
Полезная модель относится к средствам технической диагностики в электроэнергетике, а именно к приборам для обнаружения коронного разряда на высоковольтных установках и протяженных участках линий электропередачи.
Задачей является упрощение оптоэлектронного прибора для детектирования местных коронных разрядов на ЭО, в том числе и в дневное время суток, за счет упрощения оптической и электронной фильтрации излучения от коронных разрядов на ЭО, работающих на стандартной промышленной частоте 50 Гц.
Технический результат достигается тем, что в приборе для определения мест коронных разрядов на электрооборудовании, состоящем из оптической части, содержащей входной коллиматор и фильтр оптического излучения от коронного разряда в области солнечно-слепого диапазона, и электронной части, согласно заявленной полезной модели, фильтр оптического излучения выполнен в виде фоточувствительного элемента с возможностью пропускания жесткого ультрафиолетового излучения и ультрафиолетового излучения видимой области, а электронная часть выполнена с возможностью дополнительной электронно-цифровой фильтрации первой гармоники сигнала с фоточувствительного элемента и содержит последовательно соединенные входной трансимпендансный усилитель, два активных фильтра на основе конвекторов полного сопротивления, дополнительный усилительный каскад, масштабный усилитель, микроконтроллер и жидкокристаллический индикатор. 2 ил.
Настоящая полезная модель относится к средствам технической диагностики в электроэнергетике, а именно к оптоэлектронным приборам для детектирования местных коронных разрядов на высоковольтных установках и протяженных участках линий электропередачи.
Из существующего уровня техники известен электронно-оптический дефектоскоп «Филин-6», который состоит из кварцевого длиннофокусного объектива с соответствующим полосовым или диспергирующим фильтром, электронно-оптического преобразователя, стробирующего устройства, аккумуляторного питания, источника опорного оптического сигнала для измерения амплитуды излучения, цифровой камеры с адаптером для присоединения к дефектоскопу (Арбузов Роман Сергеевич. Исследование и совершенствование метода оптического контроля внешней изоляции электрооборудования высокого напряжения. Диссертационная работа, канд. техн. наук, 05.14.12, Новосибирск, 2005, 203 с, РГБ ОД 61:05-5/2114).
Недостатком данного электронно-оптического дефектоскопа является необходимость проведения обследования электрооборудования (ЭО) на предмет наличия или отсутствия местных коронных разрядов только в темное время суток (освещенность до 100 люкс). Данный недостаток обуславливает повышенную опасность, стоимость и значительное неудобство проведения технической диагностики ЭО.
Известны также ультрафиолетовые камеры DAYCOR SUPERB фирмы Ofil Ltd (Израиль), основным элементом которых являются катадиоптрические (собирающие) линзы с большой площадью накопления фотонов (19 см2), используемые в камерах для блокирования фоновой солнечной радиации и фильтрации с высоким показателем сигнал/шум оптического излучения в солнечно-слепом диапазоне (ССД) - 240-280 нм (). Данные камеры позволяют удобно и эффективно проводить УФ-диагностику ЭО, в том числе и при дневном освещении, при полной солнечной засветке (чувствительность 1,5-2 пКл на расстоянии 8 м).
Недостатком данного технического решения является использование дорогой технологии оптической фильтрации в области жесткого ультрафиолетового (УФ) излучения с высоким показателем сигнал/шум.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство, реализующее способ дистанционного контроля качества изоляции объектов высоковольтных электрических установок переменного тока по патенту РФ 
2402030, МПК G01R 31/12, 20.10.2010. Известное устройство содержит оптическую систему, включающую УФ-объектив, в котором используются линзы, специальные кристаллы с пропусканием УФ-излучения вдиапазоне 250-280 нм, и подавлением других длин волн, а также УФ-фильтры, за которыми размещен монофотонный время-координатно-чувствительный детектор (ВКЧД), временной канал, электронная система управления.
Недостатками известного устройства являются:
1. Сложная оптическая схема фильтрации ССД-излучения, необходимость использования дорогих специальных кристаллов и дополнительных УФ-фильтров, пропускающих диапазон 250-280 нм с подавлением до 10-14.
2. Необходимость применения высоковольтного источника напряжения, значительные массогабаритные параметры, малая длительность автономной работы.
3. Сложная электронная схема обработки и управления, обусловленная необходимостью вести подсчет количества фотонов, попавших на вход устройства, а также интегрирования их количественной, временной и других характеристик.
Задачей, поставленной при создании настоящей полезной модели, является упрощение оптоэлектронного прибора для детектирования местных коронных разрядов на ЭО, в том числе и в дневное время суток, за счет упрощения оптической и электронной фильтрации излучения от коронных разрядов на ЭО, работающих на стандартной промышленной частоте 50 Гц.
Технический результат достигается тем, что в приборе для определения мест коронных разрядов на электрооборудовании, состоящем из оптической части, содержащей входной коллиматор и фильтр оптического излучения от коронного разряда в области солнечно-слепого диапазона, и электронной части, согласно заявленной полезной модели, фильтр оптического излучения выполнен в виде фоточувствительного элемента с возможностью пропускания жесткого ультрафиолетового излучения и ультрафиолетового излучения видимой области, а электронная часть выполнена с возможностью дополнительной электронно-цифровой фильтрации первой гармоники сигнала с фоточувствительного элемента и содержит последовательно соединенные входной трансимпендансный усилитель, два активных фильтра на основе конвекторов полного сопротивления, дополнительный усилительный каскад, масштабный усилитель, микроконтроллер и жидкокристаллический индикатор.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема прибора, на фиг.2 - спектральная характеристика фоточувствительного элемента (фотодиода TW30 SX фирмы Sander Electronic®, Германия).
Прибор состоит из двух частей - оптической и электронной (фиг.1). Электронная часть прибора состоит из аналоговой и цифровой подсистемы обработки сигнала, получаемого от оптической части прибора.
Блокам и элементам прибора для определения мест коронных разрядов на электрооборудовании присвоены следующие позиции:
1 - входной коллиматор с диаметром, равным 200 мм;
2 - фильтр оптического излучения - фоточувствительный элемент (фотодиод TW30SX фирмы Sander Electronic®, Германия);
3 - входной трансимпендансный усилитель;
4 - два активных фильтра на основе конвекторов полного сопротивления (f0=100 Гц);
5 - дополнительный усилительный каскад;
6 - масштабный усилитель;
7 - жидкокристаллический (ЖК) индикатор;
8 - микроконтроллер Atmega 8L, фирмы Atmel®.
В качестве фильтра 2 оптического излучения от коронного разряда в области ССД применен УФ-фотодиод (TW30SX фирмы Sander Electronic, Германия), оптическая характеристика которого (фиг.2) позволяет эффективно пропускать излучение ССД с относительно небольшим пропусканием жесткого УФ излучения и УФ излучения видимой области.
Электронная фильтрация прибора основана на выделении первой 100-Гц гармоники сигнала с фотодиода 2, на который попадает оптическое излучение от коронного разряда на ЭО, работающего на стандартной промышленной частоте 50 Гц. В аналоговой подсистеме электронной части прибора осуществляется аналоговая обработка сигнала, получаемого непосредственно с фотодиода 2. Обработка заключается в усилении (порядка 10 9), фильтрации 100-Гц гармоники и согласования с цифровой подсистемой электронной части. Аналоговая подсистема состоит из последовательно подключенных схем: входного трансимпендансного усилителя 3, двух активных фильтров 4 на основе конвекторов полного сопротивления, дополнительного усилительного каскада 5 и масштабного усилителя 6. В цифровой подсистеме электронной части осуществляется дополнительная цифровая обработка сигнала, заключающаяся в оцифровке входного сигнала, дополнительной фильтрации посредством подпрограммы цифрового нерекурсивного фильтра (f0=100 Гц) и вывода действующего значения 100-Гц гармоники на жидкокристаллический индикатор 7, а также последовательный интерфейс. Цифровая подсистема состоит из микроконтроллера 8 Atmega8L, фирмы Atmel®, со встроенным 8-канальным 10-разрядным АЦП и 8-Кбайтным ППЗУ. Все элементы, как оптической, так и электронной части прибора, являются общедоступными и недорогими.
Работает устройство следующим образом.
Прибор с помощью фоточувствительного элемента (фотодиода 2) выделяет излучение в области жесткого УФ от местного коронного разряда на ЭО, работающего на переменном токе стандартной промышленной частоты 50 Гц.
Используя особенности и периодичность возникновения вспышек местных коронных разрядов биполярного режима, аналоговая подсистема электронной части прибора выделяет первую 100-Гц гармонику спектра электрического сигнала с фотодиода 2, на который попадает излучение от короны (такая дополнительная фильтрация позволяет значительно подавить шум световой засветки даже в светлое время суток).
Дополнительно обрабатывая сигнал в цифровой подсистеме электронной части прибора и выдавая показание действующего значения полезного сигнала, пропорционального интенсивности коронирования, прибор позволяет удобно и эффективно проводить УФ-диагностику ЭО, в том числе и в светлое время суток.
Заявленный прибор осуществляет дополнительную электронную фильтрацию с высоким показателем сигнал/шум, используя тот факт, что
основной гармоникой сигнала от излучения коронного разряда на ЭО, работающего на стандартной промышленной частоте 50 Гц, является 100-Гц гармоника. Совместно с оптической фильтрацией (использование стандартного УФ фотодиода с полосой пропускания от 200 до 400 нм) такая электронная фильтрация позволяет выявлять точки коронных разрядов на ЭО, работающего на стандартной промышленной частоте, с достаточной чувствительностью, используя недорогие общедоступные элементы.
Использование заявленной полезной модели позволит упростить оптоэлектронный прибор для детектирования местных коронных разрядов на ЭО за счет упрощения оптической и электронной фильтрации излучения от коронных разрядов на ЭО, работающих на стандартной промышленной частоте 50 Гц. Такое решение позволит отказаться от дорогой оптики и эффективно проводить глубокую техническую УФ-диагностику простым и недорогим прибором для определения мест коронных разрядов на электрооборудовании, в том числе и в светлое время суток.
Прибор для определения мест коронных разрядов на электрооборудовании, состоящий из оптической части, содержащей входной коллиматор и фильтр оптического излучения от коронного разряда в области солнечно-слепого диапазона, и электронной части, отличающийся тем, что фильтр оптического излучения выполнен в виде фоточувствительного элемента с возможностью пропускания жесткого ультрафиолетового излучения и ультрафиолетового излучения видимой области, а электронная часть выполнена с возможностью дополнительной электронно-цифровой фильтрации первой гармоники сигнала с фоточувствительного элемента и содержит последовательно соединенные входной трансимпендансный усилитель, два активных фильтра на основе конвекторов полного сопротивления, дополнительный усилительный каскад, масштабный усилитель, микроконтроллер и жидкокристаллический индикатор.
