Устройство измерения температуры токопроводящей жилы в соединении силового кабеля

Полезная модель относится к средствам постоянной температурной диагностики токоведущих частей устройств, предназначенных для гальванического соединения силовых кабелей или их подвода к электрическим установкам или воздушным линиям и может быть использована в электроэнергетике и отраслях промышленности, связанных с подобной проблемой.
o
o
Известен способ контроля температуры проводов линий электропередачи (RU2547837 C1, опубл.10.04.2015), включающий устройства для измерения напряжения и тока в первом местоположении на линии электропередачи, измерения напряжения и тока во втором местоположении на линии электропередачи и определения полного сопротивления линии электропередачи между первым и вторым местоположениями. Из определенного полного сопротивления линии при температуре T проводов линии электропередачи определяют активное сопротивление R линии электропередачи между первым и вторым местоположениями, затем определяют текущее активное сопротивление R линии электропередачи между первым и вторым местоположениями и по известному температурному коэффициенту α активного сопротивления проводов линии определяют текущую температуру T проводов линии электропередачи.
Недостатками данного способа и используемого устройства являются: косвенное вычисление температуры математически через измеренные значения токов и напряжений, что приводит к дополнительной погрешности при определении температуры нагрева; вычисление среднего значения температуры на протяжении всей линии электропередачи, что не позволяет определять температуру в конкретной точке, а также находить наиболее нагретые участки линии; необходимость в синхронизации по времени измеренных значений токов и напряжений в первом и втором местоположениях, что усложняет устройство. Кроме этого описанный способ подходит для измерения температуры нагрева в установившихся режимах, но не при переходных процессах.
Известно устройство измерения температуры фазного провода воздушной линии электропередачи, включающее: датчик температуры провода, магнитопровод устройства отбора мощности с фазного провода, корпус с расположенными внутри платой управления, радиопередающим устройством и аккумулятором (RU168020, опубл.17.01.2017).
Недостатком данного устройства является возможность его применения исключительно на воздушной линии электропередачи с неизолированными фазными проводами.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленной полезной модели является способ и устройство для точного измерения температуры кабельного соединения на основе высокочастотной технологии (ЕАПВ 023311 B1, опубл. 2016.05.31). Устройство содержит встроенный в кабельную муфту измеритель температуры и внешний приемник сигнала. Встроенный измеритель температуры состоит из датчика температуры, схемы преобразования температуры, высокочастотной индукционной катушки, высокочастотной интерфейсной схемы, схемы управления MCU. Внешний приемник сигнала содержит схему высокочастотной передачи и схему интерфейса, высокочастотную антенну, схему управления MCU и удаленную интерфейсную схему связи.
Недостатками данного способа является: размещение датчика температуры на внешней поверхности соединительной гильзы кабельной муфты, а не токопроводящей жилы, что дает информацию не о самом нагретом участке муфты; использование отдельного канала связи (GSM, RS-485, RS-232 и т.д.); использование двух раздельных блоков, одного внутри кабельной муфты и одного снаружи кабеля. Также отсутствует информация о способе и источнике питания для внешнего блока устройства.
Технической задачей полезной модели является мониторирование температуры нагрева токопроводящей жилы в соединении силового кабеля в режиме реального времени.
Технический результат получают за счет того, что устройство измерения температуры токопроводящей жилы в соединении силового кабеля, включающее датчик температуры, согласно полезной модели, датчик установлен в сквозном отверстии соединительной гильзы токопроводящей жилы, которое заполнено термоинтерфейсом и склеен компаундом с полым цилиндрическим разъемным корпусом, выполненным с центральным осевым отверстием, диаметр которого равен диаметру соединительной гильзы, корпус закреплен неподвижно через диэлектрическую прокладку поверх указанной гильзы, сверху корпус закрыт изолирующей манжетой; в корпусе также установлены модуль получения, обработки данных и управления устройством; трансформатор связи и трансформатор отбора мощности с токопроводящей жилы с разъемными магнитопроводами, блок питания, причем вывод датчика температуры жилы электрически соединен с вводом электронного модуля, а электронный модуль соединен с трансформатором связи и блоком питания, блок питания гальванически связан с трансформатором отбора мощности с токопроводящей жилы.
Устройство измерения температуры токопроводящей жилы устанавливается на соединительную гильзу, устройство состоит из разъемного металлического корпуса, в котором установлен датчик температуры жилы, а также закреплены другие компоненты устройства: электронный модуль, трансформатор связи, трансформатор отбора мощности, блок питания, электрически связанные с датчиком температуры жилы и осуществляющие сбор, обработку и передачу данных о температуре нагрева токопроводящей жилы в соединении силового кабеля.
Сущность заявленного устройства поясняется схемами, изображенными на фиг.1,2, на которых показано следующее:
- на фиг. 1 изображена схема общего вида предлагаемого устройства;
- на фиг. 2 изображена функциональная схема устройства.
.
Устройство измерения температуры токопроводящей жилы (фиг. 1) неподвижно установлено в полом цилиндрическом разъемном корпусе 5, со сквозным центральным отверстием с диаметром, равным диаметру соединительной гильзыКорпус 5 установлен поверх соединительной гильзы 3 токопроводящей жилы 1 через отверстие в основании корпуса, на соединительной гильзе 3 закреплена диэлектрическая (например, резиновая с клеевым слоем) прокладка 4; полезная модель, установленная на соединительной гильзе 3, закрыта изолирующей манжетой 2.
Функциональная схема устройства, поясняющая принцип его работыи реализацию, показана на фиг. 2. Датчик 6 (фиг. 2) установлен в сквозном отверстии на диэлектрической прокладке 4, зафиксирован с помощью компаунда 8 и тем самым закреплен также в корпусе 5. Для обеспечения теплового контакта датчика 6 с токопроводящей жилой 1 в соединительной гильзе 3, на месте крепления датчика к диэлектрической прокладке 4, сделано сквозное отверстие, предварительно заполненной термоинтерфейсом (термопастой) 7. В качестве датчика 6 может быть использован, например диодный измеритель температуры типаDS18B20. Вывод датчика температуры жилы 6 электрически соединен с электронным модулем 9, реализующим функции получения, обработки данных и управления устройством. Электронный модуль 9 соединен с трансформатором связи 10 и блоком питания 11. В свою очередь блок питания 11 гальванически связан с трансформатором отбора мощности с токопроводящей жилы 12. Электронный модуль 9, блок питания 11, трансформатор связи 10 и трансформатор отбора мощности с токопроводящей жилы 12 закреплены внутри корпуса 5 и соединены с ним свинчиванием и склеиванием, что обеспечивает конструктивное единство и реализацию устройством его функционального назначения. Для удобства монтажа корпус 5 и магнитопроводы трансформаторов 10 и 12 выполнены разъемными. Защита компонентов устройства от перегрева при возникающих в кабеле токах перегрузки обеспечивается диэлектрической прокладкой 4 между соединительной гильзой 3 и корпусом устройства 5. Для фиксации положения корпуса устройства 5 относительно соединительной гильзы 3 диэлектрическая прокладка 4 имеет клеящий слой с обеих сторон.
Устройство работает следующим образом. Тепловыделение в токопроводящей жиле 1 приводит к нагреву датчика температуры жилы 6, который, выдает аналоговый электрический сигнал в электронный модуль 9. Электронный модуль 9, в свою очередь, обрабатывает сигнал и передает данные по высокочастотному каналу связи через трансформатор связи 10. Далее созданный высокочастотный сигнал принимается на электроустановках. Таким образом, реализуется возможность постоянной диагностики температуры поверхности токопроводящей жилы 1, являющейся обычно самым нагретым элементом в месте соединения силового кабеля.
Для реализации устройства на практике можно использовать следующее:
- в качестве датчика температуры 6 м.б. - диодный измеритель температуры типа DS18B20, платиновый резистор или полупроводниковое устройство;
- электронный блок 9 состоит из аналого-цифрового преобразователя, программируемого микроконтроллера с набором вспомогательных схем размещенных на печатной плате, приемопередатчика;
- блок питания 11 включает преобразователь переменного тока в постоянный и стабилизатор напряжения.
Технический результат, получаемый в результате применения полезной модели, заключается в осуществлении теплового мониторинга мест соединений силового кабеля в реальном времени, не нарушая целостности их изоляции.