УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ВИДА ПОВРЕЖДЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Предлагаемое устройство относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам определения места повреждения (ОМП) воздушных линий электропередачи (ВЛЭП).
Известно устройство для определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью [патент на полезную модель №57018 кл. G01R 31/08, 18.04.2006 г.], состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации сети, средства обработки сигналов и средства обработки и отображения информации, где средство для обработки сигналов состоит из фильтра напряжения нулевой последовательности, выход которого соединен со входом фильтра напряжения, первый выход которого соединен со входом первого компаратора, второй выход - с первым входом фазочувствительного выпрямителя, фильтра тока нулевой последовательности, выход которого соединен со входом фазочувствительного выпрямителя, первый выход которого соединен со входом второго компаратора, а второй выход соединен со вторым входом фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен, со входом одновибратора, выход которого соединен с первым входом средства анализа и отображения информации в качестве которого использована ЭВМ, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и второго компараторов, при этом в качестве средств для снятия первичной информации использованы датчики напряжения и датчики тока для каждой фазы.
К причинам, препятствующим достижению технического результата, относится то, что датчики токов и напряжений устанавливаются непосредственно у линейных проводов трехфазных систем, что затрудняет монтаж, эксплуатацию и ремонт. Устройство содержит сложную схему обработки информации и в то же время не позволяет определить вид повреждения (только наличие КЗ). Кроме того, существенным недостатком этого устройства является низкая точность, обусловленная следующими факторами: ток КЗ и его максимальное значение зависит от сопротивления заземления и от сопротивления почвы в зоне контакта; скорость распространения импульса также не является постоянной и зависит от многих факторов (от температуры, влажности, погодных условий и т.д.).
G
R
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи [Патент на полезную модель РФ 100632, МПК  01  31/08; 24.08.2010 г.].
Устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи (ВЛЭП), состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации, средства обработки сигналов и средства обработки информации, средство для снятия первичной информации выполнено в виде датчика магнитного поля и датчика электрического поля, закрепленных на опоре ВЛЭП, где датчик магнитного поля выполнен в виде катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником, регистрирующей суммарную магнитную индукцию, а датчик электрического поля - в виде конденсатора, регистрирующего суммарную напряженность; при этом средство обработки сигналов выполнено в виде двух блоков, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и порогового устройства, ко входам блоков подключены датчики магнитного и электрического полей, а выходы блоков соединены со входами средства обработки информации, выполненного в виде блока логического сравнения, содержащего в себе данные об аварийных режимах ВЛЭП, и дополнительно содержит средство передачи информации, выполненное в виде GSM/GPRS модема, соединенного со средством обработки информации.
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является недостаточная точность показаний измерительных преобразователей из-за низкой помехозащищенности.
Задачей является создание устройства для определения местоположения и вида повреждения воздушной линии электропередачи с экранированием датчиков магнитного и электрического полей и настройки их цепи на резонансный режим.
Техническим результатом заявленного устройства является повышение достоверности определения вида режима электрической сети и места повреждения.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения местоположения и вида повреждения воздушной линии электропередачи (ВЛЭП), состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации, выполненного в виде датчика магнитного поля и датчика электрического поля, закрепленных на опоре ВЛЭП, где датчик магнитного поля выполнен в виде катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником, регистрирующей суммарную магнитную индукцию, а датчик электрического поля - в виде конденсатора, регистрирующего суммарную напряженность; средства обработки сигналов, выполненного в виде двух блоков, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и порогового устройства, входы блоков подключены к датчикам магнитного и электрического полей, а выходы соединены со средством обработки информации, выполненным в виде блока логического сравнения, содержащего в себе средство передачи информации, выполненное в виде GSM/GPRS-модема, соединенного со средством обработки информации, причем к датчику магнитного поля параллельно подключается конденсатор, а к датчику электрического поля параллельно подключается катушка индуктивности, номиналы которых подбираются для создания режима резонанса в цепи датчиков, которые к тому же экранируются от воздействия помех.
Указанное отличие позволяет осуществлять более точное определение изменения электромагнитного поля вокруг ВЛЭП, а, следовательно, и более достоверное определение вида режима электрической сети и места повреждения. Усиление сигнала датчиков за счет повышенной добротности и повышенная устойчивость к помехам за счет экранирования датчиков позволяют получить более точный результат показаний.
На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства.
Е
С
L
В
L
C
С
C
L
L
Устройство содержит средство для снятия первичной информации, в состав которого входит датчик 1, регистрирующий суммарную напряженность электрического поля  и представляющий собой колебательный контур с конденсатором 2 емкостью ,, с которого снимаются показания, и катушкой 3 с ферромагнитным сердечником индуктивностью , и датчик 4, регистрирующий суммарную индукцию магнитного поля  и представляющий собой колебательный контур с катушкой 5 с ферромагнитным сердечником индуктивностью , с которой снимаются показания и конденсатором 6 емкостью . Выходы датчиков 1 и 4 соединены со средством обработки сигналов 7, которое выполнено в виде двух блоков 8 и 9, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителей 10 и 11 и пороговых устройств 12 и 13. Уровни напряжений срабатывания пороговых устройств 12 и 13 настраиваются в соответствии с таблицей. Пороговое устройство, представляет собой многоуровневый триггер Шмитта. При изменении напряжения и на входе датчика 1 от нулевого уровня до максимального - Um, поочередно срабатывает пороговое устройство 12.
Аналогично работает пороговое устройство 13. Выходы пороговых устройств 12 и 13 соединены с входами средства обработки информации 14, который представляет собой блок логического сравнения, предварительно настраиваемый по таблице. Выход блока логического сравнения соединен со средством передачи информации 15, выполненном в виде GSM/GPRS-модема, который предназначен для передачи информации на диспетчерский пункт.
Устройство работает следующим образом.
u
e
u
e
Если линии электропередачи находятся в нормальном режиме, то соответствующие сигналы  и  с датчиков 1 и 2 поступают на усилители 10 и 11, затем на пороговые устройства 12 и 13. Коэффициенты усиления усилителей предварительно устанавливаются в зависимости от расстояния от проводов до устройства и режимов ВЛЭП. Сигналы с пороговых устройств поступают на блок логического сравнения 14, который вырабатывает сигнал, соответствующий нормальному режиму. Этот сигнал не инсценирует передачу информации от средства передачи информации 15 на диспетчерский пункт. Если происходит аварийный режим (например, замыкание одной фазы на землю), то соответственно изменяются сигналы  и  на выходах датчиков 1 и 4, которые регистрируют суммарные электрические и магнитные составляющие электромагнитного поля проводов линии. Регистрируемое датчиком 1 электрическое поле пропорционально сумме напряжений фаз, а регистрируемое датчиком 4 магнитное поле пропорционально сумме линейных токов. В соответствии с таблицей изменяются сигналы на выходах усилителей 10 и 11, что вызывает срабатывание пороговых устройств 12 и 13 по напряжению и току соответственно, и на выходе пороговых устройств вырабатываются комбинации двоичных сигналов, соответствующие именно этому аварийному режиму. С помощью средства обработки информации 14 эта комбинация преобразуется в единичный сигнал, соответствующий определенному аварийному режиму (к примеру, замыкания одной фазы на землю). Этот сигнал инициирует работу модема 15, который передает информацию на диспетчерский пункт о месте и виде повреждения.
Таблица 1 – Идентификационные признаки режимов работы энергетической сети.
Режимы сети
Регистрируемое напряжение
Регистрируемый ток
Нормальный режим
<img file="00000001.jpg" he="7" wi="32" img-content="undefined" img-format="jpg" /><img file="00000002.jpg" he="7" wi="30" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000003.jpg" he="6" wi="3" img-content="undefined" img-format="jpg" /><img file="00000004.jpg" he="7" wi="23" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Аварийные режимы
До места аварии
После места аварии
До места аварии
После места аварии
Обрыв одной фазы
<img file="00000005.jpg" he="7" wi="26" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000006.jpg" he="7" wi="22" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000007.jpg" he="7" wi="19" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000008.jpg" he="7" wi="19" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Обрыв двух фаз
<img file="00000009.jpg" he="7" wi="26" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000010.jpg" he="7" wi="22" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000011.jpg" he="7" wi="19" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000012.jpg" he="7" wi="19" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Обрыв всех фаз
<img file="00000013.jpg" he="7" wi="26" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000014.jpg" he="7" wi="18" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000015.jpg" he="7" wi="17" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000016.jpg" he="7" wi="17" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Короткое замыкание одной фазы
<img file="00000017.jpg" he="7" wi="26" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000018.jpg" he="7" wi="26" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000019.jpg" he="7" wi="19" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000019.jpg" he="7" wi="19" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Короткое замыкание двух фаз
<img file="00000020.jpg" he="7" wi="26" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000021.jpg" he="7" wi="26" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000022.jpg" he="7" wi="19" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000023.jpg" he="7" wi="19" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Короткое замыкание трех фаз
<img file="00000024.jpg" he="7" wi="18" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000025.jpg" he="7" wi="18" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000026.jpg" he="7" wi="19" img-content="undefined" img-format="jpg" />
<img file="00000027.jpg" he="7" wi="17" img-content="undefined" img-format="jpg" />
Номиналы дополнительных катушки индуктивности и конденсатора подбираются в соответствии с режимом резонанса для получения высокого уровня добротности с целью получения усиления сигнала с датчиков.
Номинал дополнительного конденсатора в датчике электрического поля определяется:
Номинал дополнительной катушки индуктивности в датчике магнитного поля определяется:
Экранирование датчиков повышает помехозащищенность, что способствует более точному сигналу с датчика.
Наличие RLC-цепи в конструкции датчика позволяет добиться усиления сигнала за счет повышенного значения добротности контура в Q раз.
Таким образом, устройство для определения местоположения и вида повреждения воздушных линий электропередачи позволяет повысить достоверность определение вида режима электрической сети и места повреждения и представляет собой сравнительно простую конструкция для установки и эксплуатации.