Устройство дистанционного мониторинга состояния провода воздушной линии электропередачи

Заявляемое устройство предназначено для дистанционного непрерывного, в реальном масштабе времени, мониторинга состояния провода воздушной линии электропередачи, а также грозозащитного троса, и контроля их параметров. Используется в электроэнергетической промышленности. Устройство, выполненное с возможностью установки на проводе воздушной линии электропередачи, содержит блок обработки информации, к которому подключены датчик тока провода, датчик температуры провода, датчик температуры воздуха и средство беспроводной передачи данных наземному терминалу. Электрическое питание всех составных частей устройства осуществляется от аккумуляторной батареи, которая заряжается зарядным устройством, зарядный ток, которого формируется модулем солнечных батарей и/или устройством отбора мощности провода. При этом датчик температуры воздуха, расположенный в физической близости от места подключения устройства, позволяет производить дифференцированную оценку изменения температуры провода за счет тока в проводе: рабочего и тока плавки гололеда. Датчик температуры провода размещен в отдельном корпусе, изготовленном из материала, имеющего минимальную теплопроводность, установлен отдельно от корпуса устройства. Датчик тока провода реализован, в виде магнитопровода, в разрез которого установлен датчик Холла. Введение датчика температуры воздуха повышает достоверность контроля и исключает ошибки из-за влияния изменения температуры окружающей среды. Выполнение датчика температуры провода в отдельном корпусе и место его установки обеспечивают снижение паразитного влияния теплоотвода на корпус устройства. Реализация датчика тока провода на эффекте Холла позволяет производить контроль как переменного, так и постоянного тока в проводе.

Заявляемая полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована для дистанционного непрерывного в реальном масштабе времени мониторинга состояния провода воздушной линии, далее - ВЛ, электропередачи, а также грозозащитного троса, и контроля их параметров.

В настоящее время известны устройства, используемые в системах для дистанционного контроля состояния провода и/или контроля его параметров в воздушных линиях электропередачи, [1], [2], [3].

Известно устройство [1] для контроля электроэнергетических систем, содержащее корпус, снабженный средством крепления на проводе линии электропередачи, и размещенные в корпусе блок питания и измерительно-передающий модуль, состоящий из блока управления, блока получения и преобразования сигналов состояния провода, блока связи и передачи данных. При этом выход блока получения и преобразования сигналов состояния провода подключен к входу блока связи и передачи данных. Данное устройство работает как автономный элемент системы мониторинга состояния проводов воздушной линии электропередачи в режиме реального времени, обеспечивая передачу данных по каналам специализированной системы технологической информации, созданной на основе принципов высокочастотной связи по проводам ВЛ, с помощью высоковольтных модулей присоединения.

Недостатком устройства [1] является то, что для его функционирования в системе мониторинга требуется дополнительно создавать специализированные технологические средства передачи данных, которые в свою очередь имеют низкую скорость передачи. Этот недостаток обусловлен тем, что размещенному на проводе ВЛ, в качестве автономного устройства, измерительному элементу системы мониторинга для осуществления функций связи с пунктом сбора измеренной информации, необходимы внешние средства реализации высокочастотной связи с элементами высоковольтной гальванической развязки с потенциалом ВЛ. Передача данных по проводам ВЛ обусловлена низкой скоростью передачи.

Известно устройство [2] для дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи, содержащее корпус, снабженный средством крепления на проводе линии электропередачи, и размещенные в корпусе блок питания, блок обработки, к которому подключен датчик температуры провода и средство беспроводной передачи данных наземному терминалу. При этом контроль температуры осуществляется непосредственно в месте крепления корпуса к проводу ВЛ.

Недостатком устройства [2] является наличие влияния на достоверность измерения температуры провода теплоотвода, создаваемого самим корпусом устройства в месте контроля температуры. Это условие также приводит к инерционности измерительной системы, не способной отслеживать быстрые изменения температуры провода.

Известно устройство [3] дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи, содержащее блок питания, ультразвуковой или лазерный дальномер, средство беспроводной передачи данных наземному терминалу и блок обработки, к которому подключены датчик температуры провода, датчик тока и сигнализатор гололедных отложений. Устройство [3] выполнено с возможностью установки на проводе воздушной линии электропередачи, при этом датчик температуры провода расположен непосредственно в месте крепления устройства к проводу. В качестве датчика тока провода применен измерительный трансформатор, позволяющий контролировать переменный ток в проводе. Данное устройство [3] является ближайшим аналогом-прототипом.

Недостатком устройства [3], прототипа, является низкая точность измерения температуры провода, связанная с внесением погрешности в контролируемое значение температуры теплоотвода, создаваемой корпусом самого устройства. Этот факт одновременно приводит к инерционности измерительной системы, не способной отслеживать быстрые изменения температуры провода. Контроль температуры провода в представленном устройстве не учитывает влияние внешней температуры. Также применение трансформатора, в качестве измерителя тока, ограничивает измерение постоянных токов, используемых в системах плавки гололеда.

Целью заявляемого устройства является устранение указанных недостатков, повышение достоверности и полноты контроля параметров состояния провода воздушной линии электропередачи.

Общие признаки заявляемой полезной модели с прототипом заключаются в том что, что устройство, выполненное с возможностью его установки на проводе воздушной линии электропередачи, содержит датчик тока провода и датчик температуры провода, средство беспроводной передачи данных наземному терминалу, которые подключены к блоку обработки информации. Устройство содержит блок питания, выполненный в виде аккумуляторной батареи, зарядка которой осуществляется от модуля солнечных батарей и/или от устройства отбора мощности от провода воздушной линии электропередачи, через зарядное устройство.

Указанная цель достигается тем, что зарядное устройство соединено с блоком обработки информации и аккумуляторной батареей, имеющей связи со всеми блоками устройства. Блок обработки информации выполнен с возможностью управления устройством в целом. Введен датчик температуры воздуха, который соединен с блоком обработки информации. Датчик температуры воздуха, расположенный в физической близости от места подключения устройства, позволяет производить дифференцированную оценку изменения температуры провода за счет тока в проводе: рабочего и тока плавки гололеда. Датчик температуры провода размещен в отдельном корпусе, изготовленном из материала, имеющего минимальную теплопроводность, установленном отдельно от корпуса устройства. Датчик тока провода реализован, в виде магнитопровода, в разрез которого установлен датчик Холла.

Таким образом, соединение общеизвестных признаков с вновь введенными признаками позволяет достигнуть заданного технического результата. Введение датчика температуры воздуха повышает достоверность контроля и исключает ошибки из-за влияния изменения температуры окружающей среды. Выполнение датчика температуры провода в отдельном корпусе и место его установки обеспечивают снижение паразитного влияния теплоотвода на корпус устройства. Реализация датчика тока провода на эффекте Холла позволяет производить контроль как переменного, так и постоянного тока в проводе. Технические результаты, полученные за счет введения вышеуказанных признаков, направлены на получение общего результата - повышение достоверности и полноты контроля параметров состояния провода воздушной линии электропередачи.

На фигуре изображена структурная схема заявляемого устройства. Устройство дистанционного мониторинга состояния провода воздушной линии электропередачи содержит блок обработки информации 1 - Блок обр., к которому подключены датчик тока провода 2 - ДТока, датчик температуры провода 3 - ДТП, датчик температуры воздуха 4 - ДТВ и средство беспроводной передачи данных наземному терминалу 5 - Ср.пер. Электрическое питание всех составных частей устройства осуществляется от аккумуляторной батареи 6 - Акк., которая заряжается зарядным устройством 7 - ЗУ, зарядный ток, которого формируется модулем солнечных батарей 8 - МСБ и/или устройством отбора мощности от провода 9 - УОМ.

Работа предлагаемого устройства.

При подаче запроса с наземного терминала на контроль параметров состояния провода воздушной линии электропередачи (температуры провода, температуры воздуха и тока в проводе), сигнал поступает на средство беспроводной передачи данных 5, детектируется и в виде цифрового сигнала поступает на блок обработки информации 1. Блок обработки информации 1 производит последовательный опрос подключенных к нему датчиков тока 2, температуры провода 3, температуры воздуха 4. Получая от каждого датчика 2, 3 и 4 физические значения контролируемых параметров, блок обработки информации 1 формирует ответную цифровую посылку и передает ее через средство беспроводной передачи данных 5 наземному терминалу. Для обеспечения автономного питания всех элементов устройства, модуль солнечных батарей 8 и/или устройство отбора мощности от провода 9, вырабатывает зарядный ток для аккумуляторной батареи 6. Величина зарядного тока регулируется зарядным устройством 7, соединенным с блоком обработки информации 1, в зависимости от текущего уровня зарядки аккумуляторной батареи 6.

Пример реализации полезной модели может быть следующим:

В блоке обработки информации 1, в качестве микропроцессора, применен микроконтроллер PIC16F688, производства фирмы Microchip.Проходной датчик тока в проводе 2, выполнен в виде магнитопровода, в разрез которого установлен датчик Холла, типа SS49E, фирмы Honeywell, подключенного через операционный усилитель, типа AD8571, фирмы Analog Devices, к АЦП микроконтроллера PIC16F688, производства фирмы Microchip.Датчик температуры провода 3, конструктивно реализован в термозащитном кожухе, снижающем влияние температуры окружающего воздуха на измерения, и выполнен на базе микросхемы TMP100NA, производства фирмы Texas Instruments. Датчик температуры воздуха 4, конструктивно реализован в защитном кожухе, снижающем влияние атмосферных осадков и ветра на измерения, и выполнен на базе микросхемы TMP100NA, производства фирмы Texas Instruments. Средство беспроводной передачи данных 5 наземному терминалу - это модем связи, типа Спектр 4330ЕМ, производства ООО «Ратеос», или GSM модуль MC55i, производства фирмы Siemens, с штыревой антенной диапазона частот 433,92 мГц или стандарта GSM соответственно. В качестве аккумуляторной батареи 6 применен аккумулятор А506/ 6,5 S, производства фирмы Sonnenschein.

Зарядное устройство 7 реализовано на микросхеме LM1084IT-ADJ, производства фирмы National Semiconductor - для обеспечения режима струйной зарядки и на микросхеме IPS511G, производства фирмы International Rectifier - для обеспечения режима прямого заряда. Модуль солнечных батарей 8 - это элемент MSW 12-24, производства фирмы Solur Wind. Устройство отбора мощности от провода 9 реализовано на основе проходного трансформатора, роль первичной обмотки которого выполняет проходящий через него провод ВЛ, а вторичная обмотка через диодный мост подключена к зарядному устройству 7.

Используемые источники информации:

1. Патент РФ на изобретение «Устройство для контроля электроэнергетических систем» 2143165, пр. 29.05.1998, МПК H02J 13/00, G01R 15/06.

2. Патент РФ на изобретение «Устройство для дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи» 2222858, пр. 31.10.2002, МПК H02J 13/00.

3. Патент РФ на полезную модель «Устройство дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи» 95913, пр. 24.03.2010, МПК H02G 7/16.

1. Устройство дистанционного мониторинга состояния провода воздушной линии электропередачи, выполненное с возможностью установки на проводе воздушной линии электропередачи и содержащее датчик температуры провода и датчик тока провода, а также средство беспроводной передачи данных наземному терминалу, подключенные к блоку обработки информации, блок питания, выполненный в виде аккумуляторной батареи, зарядка которого осуществляется от модуля солнечных батарей и/или от устройства отбора мощности от провода, отличающееся тем, что зарядное устройство соединено с блоком обработки информации, осуществляющим его управление.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него дополнительно введен датчик температуры воздуха, подключенный к блоку обработки информации.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик температуры воздуха расположен в физической близости от места подключения устройства.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок обработки информации выполнен с возможностью управления всем устройством.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик температуры провода размещен в отдельном корпусе, имеющем низкую теплопроводность.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик температуры провода установлен отдельно от корпуса устройства.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик тока провода выполнен на эффекте Холла, обеспечивающем контроль, как переменного тока, так и постоянного.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что аккумуляторная батарея соединена со всеми блоками устройства.