RFID-ИНДИКАТОР ДЛЯ ФАРФОРОВОГО ИЛИ СТЕКЛЯННОГО ИЗОЛЯТОРА

Полезная модель относится к устройству идентификации фарфоровых и стеклянных изоляторов и предназначена для индикации диэлектрического состояния изоляторов по току пробоя путем крепления RFID-меток на поверхность изолятора.
Известно устройство ультразвукового контроля высоковольтных изоляторов под напряжением (RU 2262100 С1, МПК G01N 29/04, опубл. 10.10.2005 Бюл. №28), содержащее ультразвуковой детектор, состоящий из 2-х блоков, настроенных на частоту 70 и 200 кГц, оптический визир, блок лазерной наводки, цифровой диктофон, блок автоматической регулировки чувствительности, соединенный с блоком обработки ультразвукового сигнала, выполненным с возможностью передачи результатов обработки вместе с диктофонными записями в блок долговременной памяти для их передачи с помощью интерфейса связи на компьютер.
Недостатком устройства является то, что его необходимо настроить и с помощью лазерной наводки медленно перемещать вдоль изолятора, определяя место источника ультразвукового сигнала, записывать на диктофон номер опоры и в дальнейшем вести обработку полученных результатов. Кроме того, устройство работает для изоляторов, находящихся под напряжением для выявления искровых и коронных разрядов, изоляторы располагаются на опорах, высота которых может составлять более 7 метров. При отсутствии напряжения устройство не может определить состояние изоляторов.
Известен индикатор электрического состояния полимерных изоляторов (RU 2699023 С1, МПК Н01В 17/46, опубл. 03.09.2019 Бюл. №25). Тарельчатый изолятор состоит из металлической шапки, стержня и изоляционной детали, соединенных между собой с помощью цементно-песчаной связки. Изоляционная деталь снабжена одним электропроводящим элементом, предназначенным для диагностики состояния внутренней изоляции и расположенным на ее поверхности, не соприкасаясь с металлической шапкой тарельчатого изолятора. Зажигание искрового разряда происходит практически мгновенно при достижении критического напряжения с частотою приложенного напряжения. Таким образом, предложенный индикатор обладает эффектом триггера с собственным пороговым напряжением перехода пассивного состояния в активное состояние, коррелируемым с глубиною электрического повреждения изоляции полимерного изолятора.
Недостатком данного изобретения является то, что определение пробоя изолятора определяется визуально, только при обходе и осмотре оборудования с установкой дополнительно закрепляемого элемента к изолятору, при этом индикатор применим только к полимерному изолятору.
Известен индикатор пробоя и/или перекрытия изолятора с разрядной камерой (RU 189816 U1 МПК Н01В 17/46, опуб. 05.06.2019 Бюл. №16), включающий в себя элемент крепления, сигнальный элемент, разрушаемый элемент и дугоприемный элемент, причем разрушаемый элемент включает в себя разрядную камеру, имеющую диэлектрические стенки и снабженную электродами, соединенными с элементом крепления и дугоприемным элементом, и механически соединяет сигнальный элемент и элемент крепления. Элемент крепления представляет собой кронштейн. Благодаря полезной модели удается обеспечить прочную, надежную и удобную в обслуживании конструкцию индикатора перекрытия изолятора.
Недостатком известного индикатора является, что сигнальный элемент применяется только для определения перекрытия изолятора, при этом сигнальный элемент разрушается, падая на землю. Перекрытие можно обнаружить только при визуальном осмотре, при этом не понятно сколько раз происходило перекрытие изолятора. Кроме того, сигнальный элемент не предусматривает контроль над снижением диэлектрической прочности изолятора.
Известен линейный изолятор (RU 91219 U1 МПК Н01В 17/00, G01R 31/00, опубл. 27.01.2010 Бюл. №3). На боковой или нижней стороне рабочей части изолятора расположен, по крайней мере, один светоизлучающий индикатор, который может быть выполненный в виде газоразрядного источника света или светодиода для визуальной фиксации работы изолятора, причем светоизлучающий индикатор снабжен средствами для обеспечения питания от рабочего напряжения на изоляторе.
Основным недостаткам светоизлучающего индикатора является то, что при дневном освещении сложно увидеть подсветку, кроме того уровень свечения снижается под воздействием внешних электрических и климатических факторов. Возникает сложность восприятия уровня свечения, влияющего на диагностику изолятора.
Известен способ распознавания неисправного изолятора (RU 2542674 C1, МПК G06K 9/03, опубл. 20.02.2015 Бюл. №5), заключающийся в том, что модернизируют пассивную RFID-метку путем исключения из стандартной схемы RFID-метки токопроводящей линии антенны, расположенной параллельно микросхеме, создают базу данных по контролируемому участку, пикетаж, номер опоры с изоляторами, идентифицируют каждый изолятор путем прикрепления к нему модернизированной пассивной RFID-метки, присваивают индивидуальный код чипу ее микросхемы, а на передвижное транспортное средство устанавливают считыватель, содержащий приемно-передающее устройство и антенну, подсоединяют считыватель к компьютеру с соответствующим программным обеспечением, перемещают транспортное средство по контролируемому участку, непрерывно подают от считывателя через передающее устройство и антенну широкополосный зондирующий сигнал в сторону изоляторов с RFID-метками, принимают антенной и приемным устройством считывателя ответный сигнал от RFID-меток, определяют количество неответивших RFID-меток, обрабатывают результаты с помощью программного обеспечения, определяют местоположение поврежденных изоляторов, полученные данные выводят на монитор компьютера и передают на диспетчерский пункт.
Недостатком известного способа распознавания неисправного изолятора является то, что данный способ описан для всех видов изоляторов воздушной линии электропередачи. При этом надо отметить, что у каждого типа и вида изоляторов имеются свои особенности конфигурации и способы крепления изолятора к заземленной конструкции. Так, например, полимерный изолятор состоит из стеклопластикового стержня, с двух сторон которого закрепляются оконцеватели, а покрытие выполнено из полимерной композиции, форма покрытия определяется типом изолятора. Кроме того, описано, что модернизируют пассивную RFID-метку путем исключения из стандартной схемы RFID-метки токопроводящей линии антенны - шунтирующего контакта. При этом не описана форма метки, вид применяемой антенны, способ крепления антенны к чипу, каким образом будут создаваться условия контроля состояния полимерного изолятора. В описании считывающее устройство устанавливают на транспортное средство и перемещают по контролируемому участку, непрерывно подают от считывателя зондирующие сигналы, при этом не предусматривается установка стационарных или переносных считывателей.
Известно устройство контроля состояния полимерных изоляторов (патент RU 2688752 С1, МПК G01R 31/08, G06K 19/077, опубл. 22.05.2019, бюл. №15), в котором в качестве индикатора используют RFID-метку, включающую гибкую ламинированную подложку прямоугольной формы, на которой закреплена антенна с геометрической модификацией изгиба плеч диполя в виде меандра, а два вывода антенны присоединены к двум полосам антенного слоя, расположенного в виде полос по краям гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы. К изгибам плеч антенны без применения шунтирующего контакта контактными площадками прикреплен чип, причем каждый чип имеет свой индивидуальный код. Основная часть гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы прикреплена к оболочке полимерного изолятора нетокопроводящим клеем ближе к заземленной части конструкции полимерного изолятора, а обе полосы антенного слоя прикреплены токопроводящим клеем к электродам полимерных изоляторов. При этом концы полос антенного слоя смыкаются и индикатор принимает форму кольцеобразного электрода. Наличие прохождения тока по чипу свидетельствует о нарушении диэлектрического состояния полимерного изолятора, что фиксируется регистрирующим устройством.
Недостатком данного устройства является то, что данное устройство может работать только в случае, если у изоляторов определенным образом располагаются встроенные электроды, на которые закрепляется метка, что ограничивает возможности изготовления данных изоляторов. При этом внутренние пробои изоляторов происходят достаточно редко по сравнению с поверхностным пробоем или прикрытием изолятора, так как полимерные изоляторы имеют герметичное покрытие, которое защищает стержень и крепежные части оконцевателя.
Известен индикатор перекрытия изоляторов воздушных линий электропередачи напряжением 6÷1150 кВ (Патент RU 2668992 С9, МПК Н01В 17/46, опубл. 05.10.2018 Бюл. №28), представляющий из себя устройство, закрепленное на металлической заземленной части изолятора или на гирлянде изоляторов или в непосредственной близости от них на траверсе опоры, состоящее из, по меньшей мере, электрода, участвующего в формировании воздушного промежутка изолятора, маркера, позволяющего визуально определить факт перекрытия, и плавкого элемента, размыкающего цепь при протекании тока короткого замыкания при воздушном перекрытии изолятора или гирлянды изоляторов и высвобождающего маркер, отсоединяя его от упомянутого устройства, подтверждая тем самым факт перекрытия, выполненного в виде подпружиненного корпуса, закрепленного на металлической заземленной части изолятора или гирлянде изоляторов или траверсе опоры с помощью кронштейна, соединенного с маркером посредством, по меньшей мере, одного болта, размещенного в отверстии кронштейна и соединенного посредством плавкого элемента с металлической втулкой, выполненной на наружной части с резьбой, предназначенной для крепления маркера и электрода таким образом, что при протекании тока короткого замыкания при воздушном перекрытии плавкий элемент под воздействием высокой температуры расплавляется, размыкает цепь как электрическую, так и механическую и разъединяет маркер за счет действия пружины от корпуса, который падает на землю, позволяя визуально определить перекрытый изолятор или гирлянду изоляторов. Под воздействием температуры, вызванной протеканием тока короткого замыкания маркер падает на землю, визуально показывая перекрытие изолятора.
Недостаток устройства заключается в том, что маркер срабатывает под воздействием тока короткого замыкания, который составляет несколько тысяч ампер, но не будет определять предотказное состояние изолятора, когда ток составляет несколько ампер. Кроме того, маркер является дополнительным механическим устройством, которое визуально обнаруживается при обходе участка лини электропередачи, при этом длина участка может иметь протяженную длину более 30 км.
В качестве прототипа выбран известный индикатор поверхностного пробоя полимерного изолятора (патент RU 209908 U1, МПК G01R 31/08, G06K 9/00, опубл. 23.03.2022, бюл. №9), состоящий из RFID-метки, включающей гибкую ламинированную подложку прямоугольной формы, на которой закреплена антенна с геометрической модификацией изгиба плеч диполя в виде меандра, а два вывода антенны присоединены к двум полосам антенного слоя, расположенного в виде полос по краям гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы. К изгибам плеч антенны контактными площадками прикреплен чип, имеющий свой индивидуальный код. Основная часть гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы прикреплена к оболочке полимерного изолятора, ближе к заземленной части конструкции полимерного изолятора, при этом концы полос антенного слоя смыкаются и индикатор принимает форму кольцеобразного электрода. Наличие прохождения тока по чипу свидетельствует о нарушении диэлектрического состояния полимерного изолятора, что фиксируется регистрирующим устройством. Полосы антенного слоя соединены между собой токопроводящей шунтирующей полосой, находящейся с краю ламинированной подложки, при этом одна полоса антенного слоя соединена с заземленным оконцевателем проводником, а вторая полоса антенного слоя зафиксирована на поверхности изолятора съемным кольцеобразным электродом, состоящим из двух частей, скрепленных между собой, причем внутренний диаметр кольцеобразного электрода равен диаметру стержня изолятора, покрытого защитной оболочкой, а внешний диаметр кольцеобразного электрода составляет не менее 10 мм.
Недостаток известного индикатора поверхностного пробоя полимерного изолятора заключается в том, что конструкция индикатора разработана для крепления на стеклопластиковом стержне полимерного изолятора, поэтому она имеет небольшие габаритные размеры (длина этого индикатора равна длине окружности стержня полимерного изолятора), а значит она не подходит для использования на кольцеобразной поверхности ребра подвесного или штыревого изолятора, длина окружности которого гораздо больше длины окружности стержня полимерного изолятора. Попытка применения данного известного индикатора на кольцеобразной поверхности ребра подвесного или штыревого изолятора снизит надежность работы изолятора в случае прохождения тока вне индикатора. Кроме того, конструкцию данного индикатора сложно приклеить к ребру подвесного или штыревого изолятора, при этом значительно снизятся радиочастотные характеристики RFID-метки.
Техническая задача полезной модели заключается в создании индикатора для подвесного или штыревого изолятора, изготовленного из фарфора или стекла, имеющего возможность закрепления без вмешательства в конструкцию изолятора, и позволяющего определять прохождение тока пробоя и/или перекрытия изолятора во время эксплуатации при отключенной и включенной линии электропередачи.
Технический результат - минимизация времени на определение места пробоя или перекрытия для восстановления изоляции, сокращение времени на монтаж индикатора без установки дополнительных конструкций и крепежных элементов.
Для решения технической задачи и достижения технического результата в RFID-индикаторе для фарфорового или стеклянного изолятора, выполненном в виде наклейки и состоящем из RFID-метки с гибкой ламинированной подложкой прямоугольной формы, на которой закреплена антенна с геометрической модификацией изгиба плеч диполя в виде меандра, а два вывода антенны присоединены к двум полосам антенного слоя, расположенного в виде полос по краям гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы, при этом полосы антенного слоя соединены между собой токопроводящей шунтирующей полосой, к изгибам плеч антенны контактными площадками прикреплен чип, имеющий свой индивидуальный код, согласно полезной модели, для приклеивания индикатора со стороны металлической арматуры на поверхность кольцеобразного ребра изолятора, длина индикатора равна длине окружности этого ребра и имеет напуск не менее 20 мм для крепления индикатора внахлест, а ширина индикатора не должна превышать высоту ребра изолятора, на который крепится индикатор.
Сущность полезной модели поясняется фигурами.
На фиг. 1 представлена схема RFID-индикатора для подвесного тарельчатого или линейного штыревого изолятора; на фиг. 2 показан вид спереди (в разрезе) подвесного изолятора с закрепленным на нем RFID-индикатором 6; на фиг. 3 - вид снизу подвесного изолятора с закрепленным на нем RFID-индикатором 6; на фиг. 4 показан продольный разрез штыревого изолятора с закрепленным на нем RFID-индикатором 6; на фиг. 5 - вид снизу штыревого изолятора с закрепленным на нем RFID-индикатором 6.
RFID-индикатор 1 фарфорового или стеклянного изолятора (фиг. 1) состоит из RFID-метки с гибкой подложкой 2 прямоугольной формы с ламинированным покрытием в виде ленты. На гибкой подложке 2 закреплена дипольная антенна 3 с геометрической модификацией изгиба плеч, а два вывода антенны 3 присоединены к двум полосам антенного слоя 4, расположенных на двух параллельных краях гибкой ламинированной подложки 2. Две полосы антенного слоя 4 соединены между собой токопроводящей шунтирующей полосой 5. К антенне 3 прикреплен чип 6 с уникальным индивидуальным кодом. На ламинированную подложку 2 нанесен клеевой слой, защищенный защитной пленкой.
При креплении RFTD-индикатора на поверхность изолятора необходимо снять защитную пленку.
RFID-индикатор 1 фарфорового или стеклянного изолятора (фиг. 2-3, фиг. 5) прикрепляют (наклеивают) на поверхность кольцеобразного ребра изолятора по всей окружности ребра. При этом полосы антенного слоя 3 (фиг. 1) прикреплены к поверхности внутреннего ребра 8 (фиг. 2-5) изолятора со стороны металлической арматуры. Так для тарельчатого подвесного изолятора элементом арматуры является металлический стержень 7 (фиг. 2-3). У стеклянного и фарфорового изоляторов тарельчатого типа количество и размер кольцеобразных ребер определяется длиной пути тока утечки, в связи с чем, разработаны модификации изоляторов с различными высотами и диаметрами ребер, расположенных под кольцеобразной поверхностью изолятора, выполненной в виде тарелки. Расположение RFTD-индикатора 1, охватывающего всю окружность внутреннего кольцеобразного ребра 8 фарфорового или стеклянного изолятора, позволяет надежно выявлять прохождение тока пробоя и перекрытие изолятора считывающим устройством. Огибая поверхность изолятора по кольцеобразному ребру 8, RFID-индикатор 1 выявляет прохождение тока при снижении диэлектрического сопротивления изолятора (загрязнение, старение, перекрытие). Направляемый RFID-индикатором 1 ток проходит через RFID-метку по токопроводящей шунтирующей полосе 5 (фиг. 1). Когда величина тока превышает допустимые значения токопроводящей шунтирующей полосы 5, то ток начинает проходить через чип 6 RFID-метки (фиг. 1), который разрушается под действием температуры, после чего RFTD-метка не отвечает на сигналы считывающего устройства. Отсутствие отклика RFID-метки является признаком снижения диэлектрической прочности изолятора или его перекрытия.
На фиг. 2-3 показан RFID-индикатор 1, прикрепленный (наклеенный) на подвесной тарельчатый изолятор с арматурой, изоляционная часть которого имеет форму диска, тарелки или колокола. Подвесной тарельчатый изолятор содержит рабочую часть, выполненную из диэлектрического материала, имеющую кольцеобразную поверхность 9 в виде тарелки с развитой нижней поверхностью в виде кольцеобразных ребер 8. Сферическая головка кольцеобразной поверхности 9 изолятора закреплена в чугунной шапке 10 с помощью цементирующего состава. Металлический стержень 7 закреплен внутри головки кольцеобразной поверхности 9, выполненной в виде тарелки. С помощью указанных элементов арматуры обеспечивается соединение нескольких линейных изоляторов, называемых гирляндой изоляторов. Нижняя поверхность тарельчатого изолятора служат местом крепления RFID-индикатора 1 на изолятор. Рабочая часть тарельчатого изолятора может быть выполнена из фарфора или закаленного электротехнического стекла. В случае длительно приложенного высокого напряжения электротехническое стекло становиться хрупким и может разлетаться на мелкие кусочки, при этом происходит механическое нарушение работы RFID-метки, что также фиксируется считывающим устройством, как и потеря диэлектрической прочности отдельного изолятора, и гирлянды изоляторов в целом.
Благодаря тому, что ширина RFID-индикатора 1 не более ширины ребра изолятора, то прямоугольная гибкая форма RFID-индикатора 1 в виде наклейки легко повторяет геометрию изолятора. При этом RFID-индикатор 1 защищен от внешних воздействующих факторов не только свой ламинированной поверхностью, но и дополнительно рабочей частью изолирующей кольцеобразной поверхности 9 в виде тарелки самого изолятора (фиг. 2), что значительно снижает влияние внешних факторов (дождь, ультрафиолетовые излучения, загрязнения) и увеличивает срок эксплуатации и надежность RFID-индикатора 1. В гирлянде подвесных изоляторов количество RFID-индикаторов 1 может варьироваться от одного, но не более общего количества изоляторов в гирлянде.
На фиг. 4-5 показано место крепления RFID-индикатора 1 на линейный штыревой изолятор, который может быть выполнен из фарфора или стекла. RFID-индикатор 1 закрепляют (наклеивают) под кольцеобразной поверхностью в виде юбки штыревого изолятора 9 на кольцеобразной шейке, располагаясь ближе к металлической арматуре - стальному штырю 11. Данное расположение, как и в случае с подвесным тарельчатым изолятором защищает RFID-индикатор 1 от множеств внешних влияющих факторов. Воздушная подушка изолирует индикатор от металлической арматуры.
При монтаже RFID-индикатора 1 на изолятор не требуется специальных дополнительных приспособлений и устройств. RFID-индикатор 1 наклеивают по окружности на поверхность ребра, плотно прижимают и разглаживают, при этом концы полос антенного слоя 4 смыкаются по его поверхности внахлест. Крепление RFID-индикатора 1 к изолятору осуществляют клеевым слоем, который удерживает RFID-индикатор 1 (фиг. 2-5) на фарфоровом или стеклянном изоляторе. RFID-индикатор сработает как при перекрытии изолятора, так и при прохождении тока, превышающего ток уставки. Минимальный вес пленки и клейкая основа, нанесенная по всей окружности, надежно удерживают RFID-индикатор на поверхности изолятора.
Для хранения RFID-индикатора его клеевой слой покрыт защитной пленкой, которую снимают при монтаже.
Монтаж RFID-индикатора можно осуществлять и в заводских условиях, и на земле при монтаже изолятора, и на опоре воздушной линии электропередачи, когда изолятор уже находится в эксплуатации. Размеры RFID-индикатора позволяют обернуть индикатор вокруг кольцевого ребра внахлест, что не требует дополнительных крепежных элементов. Не надо дополнительных инструментов для крепежа RFID-индикатора благодаря его выполнению в виде наклейки.
Благодаря гибкому материалу индикатора, форме в виде полосы и способу крепления, предлагаемые RFID-индикаторы можно приклеивать как на новые вновь монтируемые изоляторы, так и на изоляторы, находящиеся в эксплуатации на высоте, без демонтажа изоляторов с опорных конструкций. При креплении индикаторов на изоляторы RFID-индикатор оборачивается вокруг кольцеобразного ребра внахлест, при этом клейкая основа надежно удерживает индикатор на поверхности изолятора.
Если на линии установлены гирлянды, собранные из нескольких подвесных изоляторов, то не обязательно прикреплять RFID-индикатор к каждому изолятору, вполне достаточно ограничиться прикреплением одного RFID-индикатора на одном втором по счету изоляторе из гирлянды, расположенным со стороны заземленной конструкции, и одного RFID-индикатора - на одном втором по счету изоляторе из гирлянды, расположенным со стороны воздушной линии электропередачи. В случае пробоя или перекрытия гирлянды индикаторы сработают.
Благодаря уникальному номеру чипа RFID-метки индикатор, прикрепляемый к изолятору, можно применять для ввода и хранения данных на протяжении всего жизненного цикла изолятора. Уникальный номер поможет вести учет изделий на предприятии, определять место установки изолятора на участке воздушной линии электропередачи или на электрической подстанции, считывать номер и паспорт изделия, сохранять технические и эксплуатационные характеристики изолятора. С помощью уникального номера чипа, можно автоматизировать систему опроса данных при контроле диэлектрического состояния изоляторов на участках воздушной линии, электрических подстанций или участков контактной сети. Форма и конструктивное исполнение индикатора позволяет в минимальный срок смонтировать его на изолятор при установке на вновь вводимые линии электропередачи, так и на изоляторы, находящиеся в эксплуатации.