Бесконтактный индикатор высоких напряжений

Авторы патента:

Полезная модель относится к аппаратуре электрических измерений и контроля и может быть использована в комплектных распределительных устройств для дистанционного и визуального контроля рабочего напряжения, в том числе неполнофазного режима, а также для блокировки ошибочного включения заземляющих ножей при наличии напряжения на отходящих линиях. Одним из важнейших требований к подобным устройствам является минимизация влияния на надежность функционирования распределительных устройств. Существенным является также уменьшение затрат при монтаже индикатора на действующих объектах энергетики.

В предлагаемом бесконтактном индикаторе высоких напряжений применение полосового усилителя в сочетании с обработкой сигналов в контроллере с использованием адаптивного порога срабатывания позволяет использовать миниатюрный по сравнению с прототипом емкостной датчик напряжения. Конструкция датчика позволяет упростить его монтаж в комплектном распределительном устройстве и обеспечить инвариантность к конструкции различных распределительных устройств.

Бесконтактный индикатор высоких напряжений, содержащий три емкостных датчика напряжения, контроллер с встроенным АЦП, блок индикации и реле дополнительно введены три полосовых усилителя, входом соединенные с соответствующим емкостным датчиком, а выходом - с АЦП, при этом емкостной датчик, в основании которого встроен постоянный магнит, выполнен в виде изолированного электрода с габаритными размерами, позволяющими размещать его между гранями швеллера нижней балки распределительного устройства.

Однако известные на сегодняшний день устройства существенно снижают надежность распределительного устройства и требуют значительных затрат при монтаже, а в ряде случае и непригодны для некоторых конструкций распределительных устройств.

Известно устройство типа ИН 3-10Р-00 У3 (http://www.terma-eiiergo.m/prodiicts/Sistemy-kontrolva-napryadieniya/IN-3-10R-00-U3/), которое включает в себя три электрода связи, блок индикации, реле, при этом электроды связи устанавливается между шиной соответствующей фазы и корпусом распределительного устройства. Очевидно, что такой типа размещения и резистивный тип датчика потенциально снижают надежность, а при обрыве присоединения к корпусу к «выносу» высоковольтного потенциала по сигнальному проводу за пределы отсека присоединений распределительного устройства. Монтаж электродов связи требует дополнительных затрат, а для некоторых типов распределительных устройств данный тип датчика просто не применим.

Известен индикатор типа ИВНБ-10 (http://www.ecovacuum.ru/ivn.html#indicator_ivnb10/). Индикатор состоит из датчиков высокого напряжения емкостного типа, встроенных в опорные изоляторы, блока индикации и соединительных проводов на каждую фазу. Данное устройство также требует стационарного монтажа и не может быть установлено на действующих объектах и не применимо для некоторых типов комплектных распределительных устройств.

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является устройство для контроля наличия напряжения высоковольтных сетей (Патент на полезную модель 108852). Устройство содержит для каждой фазы последовательно соединенные емкостные датчики напряжения и АЦП, выход которого соединен с электронным блоком индикации и коммутации. При этом емкостный датчик выполнен в виде изолятора, внутри которого установлены с зазором два электрода, вывод одного из которых предназначен для подключения к высоковольтной шине, а вывод другого электрода через сигнальный экранированный провод подключен к входу АЦП, причем экран сигнального провода заземлен.

Недостатком указанного устройства является необходимость крепления датчика напряжения на шину, что для некоторых конструкций комплектных распределительных устройство невозможно. По этой же причине весьма за-труднителен монтаж индикатора на действующие установки. Кроме 'того применение такого датчика предъявляет дополнительные требованиями стандарта ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.130.20.104-2011 «Типовые технические требования к КРУ классов напряжения 6-35 кВ».

В основу предложенной полезной модели поставлена задача повышения эксплуатационных характеристик с точки зрения снижения трудозатрат на монтаж устройства, его применимости для широкого набора комплектных распределительных устройств, а также отсутствия ухудшения электробезо-пасности при его использовании в действующих распределительных устрой-ствах.

Поставленная задача решается тем, что в бесконтактный индикатор вы-соких напряжений, содержащий три емкостных датчика напряжения, кон-троллер с встроенным АЦП, блок индикации и реле дополнительно введены три полосовых усилителя, входом соединенные с соответствующим емкост-ным датчиком, а выходом - с АЦП, при этом емкостной датчик, в основании которого встроен постоянный магнит, выполнен в виде изолированного элек-трода с габаритными размерами, позволяющими размещать его между гра-нями швеллера нижней балки распределительного устройства.

Использование емкостных датчиков с существенно меньшими по срав-нению существующими габаритными размерами, расположенных напротив соответствующей шины, и полосового усилителя позволило решить сле-дующие задачи:

выполнять оперативный монтаж датчиков на конструктивных элемен-тах комплектного распределительного устройства;

размещать датчик в полостях конструкции распредели тельного устрой-ства, например, между гранями швеллера нижней балки. Такое расположение емкостных датчиков исключает влияние на параметры электробезопасности в конструкции распределительных устройств;

применять индикатор в комплектных распределительных устройствах различных конструкций.

Пример выполнения полезной модели иллюстрируется чертежами, на которых изображены функциональная схема индикатора (фиг 1) и общий вид его емкостного датчика (фиг 2).

Бесконтактный индикатор высоких напряжений содержит три измери-тельных канала, включающий емкостный датчик 1 напряжения, полосовой усилитель 2, АЦП 3, а также контроллер 4, блок 5 индикации, твердотельное реле 6.

Бесконтактный индикатор высоких напряжений работает следующим образом. При наличии напряжения, электрическое поле наводит емкостной ток через датчик 1. Токовый сигнал поступает на вход полосового усилителя 2. Полосовой усилитель выделяет и усиливает сигнал промышленной частоты

и подает его на вход АЦП 3, встроенного в контроллер 4. Контроллер 4 сохраняет выборку периода сигнала от каждого канала. Путем обработки зарегистрированных сигналов контроллер 4 определяет максимальный уровень и по нему устанавливает некоторый пороговый уровень. При сравнении зарегистрированных сигналов с этим пороговым уровнем, делается вывод: есть ли в выбранной фазе напряжение. Превышение порога означает наличие напряжения и наоборот. Дополнительно к контролю по уровню сигнала контроллер 4 определяет фазовые соотношения между зарегистрированными сигналами. Если фазовые углы составляют порядка 120 градусов, то это подтверждает наличие напряжения во всех фазах. В противном случае имеет место неполнофазный режим. По соотношению фаз сигналов контроллер 4 определяет в какой (каких) фазах отсутствует напряжение. Результат отражается на блоке 5 индикации, который имеет три пары индикаторов. Красный цвет означает наличие напряжения в соответствующей фазе, а зеленый - его отсутствие. Если во всех трех фазах отсутствует напряжение, контроллер 4 включает реле 6, которое замыкает контакты в цепи питания устройства блокировки или другого исполнительного механизма.

Адаптивный порог сравнения позволяет уменьшить вероятность ложного срабатывания индикатора от наводок соседних фаз. Например, если в фазе А отсутствует напряжение, то на выходе операционного усилителя 2 будет сигнал от электрического поля соседних фаз. Однако, порог выбирается исходя из максимального уровня, поэтому уровень сигнала, зарегистрированного в канале фазы А будет меньше расчетного порога, и блок 5 индикации покажет отсутствие напряжения в этой фазе.

Таким образом, в предлагаемом бесконтактном индикаторе высоких напряжений применение полосового усилителя в сочетании с обработкой сигналов в контроллере с использованием адаптивного порога срабатывания позволяет использовать миниатюрный по сравнению с прототипом емкостной датчик напряжения. Конструкция датчика позволяет упростить его монтаж в комплектном распределительном устройстве и обеспечить инвариантность к конструкции различных распределительных устройств.

Бесконтактный индикатор высоких напряжений, содержащий три емкостных датчика напряжения, контроллер с встроенным АЦП, блок индикации и реле, дополнительно введены три полосовых усилителя, входом соединенные с соответствующим емкостным датчиком, а выходом - с АЦП, при этом емкостной датчик, в основании которого встроен постоянный магнит, выполнен в виде изолированного электрода с габаритными размерами, позволяющими размещать его между гранями швеллера нижней балки распределительного устройства.