АВТОНОМНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ В СЕТИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к устройствам контроля режима работы фазного провода сети электропередачи.
Известно устройство оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения, содержащее чувствительный элемент в виде оптического трансформатора тока, установленного на диэлектрическом изоляторе, выполненном в виде цилиндрической поверхности, имеющей продольный воздушный зазор и установленной соосно с фазным проводом с расположением оси фазного провода на оси цилиндрической поверхности изолятора (патент РФ №2442175, МПК G01R 15/24 (2006/01), БИ №4 от 10.02.12 г.).
Недостатком устройства оперативного контроля силы тока в фазном проводе в сетях высокого напряжения является неавтономность устройства и узкий диапазон функциональных возможностей применения, ограниченный контролем силы тока.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению автономного универсального измерительного модуля в сети электропередачи по принципу установки в линии электропередачи и съему полезных сигналов является вторичный источник питания с отбором мощности от тока фазного провода сети электропередачи, содержащий целое число первичных преобразователей каждый в виде замкнутого магнитопровода, на котором размешена обмотка и в центральное отверстие которого пропущен фазный провод, одноименные с точки зрения начала и направления намотки выходные зажимы каждой обмотки подключены параллельно к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения каждая через последовательно включенный неполярный конденсатор, причем емкость неполярного конденсатора определяет реактивное сопротивление на частоте фазного тока равное по модулю реактивному сопротивлению обмотки (патент РФ на полезную модель №120519, МПК Н02Н 3/08; 15/24 (2006/01), БИ №26 от 20.09.2012 г.).
Недостатком устройства вторичного источника питания, является ограниченные функциональные возможности и сложный процесс установки устройства в рабочее положение.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей вторичного источника питания с отбором мощности от тока фазного провода сети электропередачи до уровня автономного универсального измерительного модуля в сети электропередачи и упрощение процесса установки устройства в рабочее положение.
Технический результат при создании автономного универсального измерительного модуля в сети электропередачи - расширение функциональных возможностей устройства и упрощение процесса установки устройства в рабочее положение достигается тем, что известное устройство, содержащее вторичный источник питания с отбором мощности от фазного провода сети электропередачи, состоящий из целого числа первичных преобразователей каждый в виде замкнутого магнитопровода, на котором размешена обмотка и в центральное отверстие которого пропущен фазный провод, а одноименные с точки зрения начала и направления намотки выходные зажимы каждой обмотки подключены параллельно к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения, причем включена последовательно с неполярным конденсатором, снабжен аналогово-цифровым преобразователем с мультиплексором на входе, датчиками тока, температуры, влажности и давления, приемо-передатчиком данных и команд, приемником навигационных сообщений и корпусом из проводящего материала в виде поддона с вертикальными стенками по его периметру и крышкой, герметично накрывающей поддон, корпус установлен вдоль фазного провода, в вертикальных стенках параллельных друг другу и ортогональных направлению фазного провода выполнены вертикальные прорези глубиной не меньше диаметра фазного провода и не больше размера вертикальной стенки, начинающиеся от верхней кромки вертикальной стенки, поддон прикреплен к фазному проводу в центре симметрии с помощью кронштейна из проводящего материала, все замкнутые магнитопроводы установлены на поддоне, их средние линии размещены в плоскостях параллельных друг другу, каждый из замкнутых магнитопроводов образован из двух U-образных частей, одна из которых прикреплена к поддону, а другая съемная и крепится к первой, фазный провод размещен в съемной U-образной части в центральных отверстиях замкнутых магнитопроводов, а обмотка каждого первичного преобразователя размешена на U-образной части, которая прикреплена к поддону, фазный провод проходит через вертикальные прорези в вертикальных стенках параллельных друг другу и изолирован от вертикальных стенок, вертикальные прорези герметизированы диэлектрическими вставками, аналогово-цифровой преобразователь с мультиплексором на входе, датчики температуры, влажности и давления установлены на поддоне между первичными преобразователями и их выходные зажимы соединены с входами мультиплексора на входе аналогово-цифрового преобразователя, а цепи энергоснабжения аналогово-цифрового преобразователя и датчиков температуры, влажности и давления присоединены к выходным зажимам преобразователя-регулятора напряжения, выходные зажимы аналогово-цифрового преобразователя присоединены к входным зажимам приемо-передатчика данных и команд, выходные зажимы которого подключены к антенне, установленной на вертикальной стенке, выходные зажимы приемника навигационных сообщений присоединены к входу аналогово-цифрового преобразователя, а входные зажимы приемника навигационных сигналов присоединены к приемной антенне, установленной на крышке.
Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором показана структурная схема автономного универсального измерительного модуля в сети электропередачи.
Автономный универсальный измерительный модуль в сети электропередачи содержит целое числа первичных преобразователей 1 каждый в виде замкнутого магнитопровода, на котором размешена обмотка 2 и в центральное отверстие 3 которого пропущен фазный провод 4, а одноименные с точки зрения начала и направления намотки выходные зажимы каждой обмотки подключены параллельно к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения 5 каждая через последовательно включенный неполярный конденсатор 6, аналогово-цифровой преобразователь с мультиплексором 7 на входе, датчики тока 8, температуры 9, влажности 10 и давления 11, приемо-передатчик данных и команд 12, приемник навигационных сообщений 13 и корпус из проводящего материала 14 в виде поддона 15 с вертикальными стенками 16 по его периметру и крышкой 17, герметично накрывающей поддон. В вертикальных стенках 18 и 19 параллельных друг другу и ортогональных направлению фазного провода 4 выполнены вертикальные прорези 20 и 21 глубиной не меньше диаметра фазного провода 4 и не больше размера вертикальной стенки 16, начинающиеся от верхней кромки 22 вертикальной стенки 16, поддон прикреплен к фазному проводу 4 в центре симметрии 23 с помощью кронштейна 24 из проводящего материала. Все замкнутые магнитопроводы 1 установлены на поддоне 15, их средние линии размещены в плоскостях параллельных друг другу, каждый из замкнутых магнитопроводов 1 образован из двух U-образных частей 25 и 26, одна из которых - 25 прикреплена к поддону 15, а другая 26 - съемная и крепится к первой. Фазный провод 4 размещен в съемной U-образной части 26 в центральных отверстиях 3 замкнутых магнитопроводов 1, а обмотка 2 каждого первичного преобразователя 1 размешена на U-образной части 25, которая прикреплена к поддону 15, фазный провод 4 проходит через вертикальные прорези 20 и 21 в вертикальных стенках 18 и 19 параллельных друг другу и изолирован от вертикальных стенок, вертикальные прорези герметизированы диэлектрическими вставками 27. Аналогово-цифровой преобразователь с мультиплексором 7 на входе, датчики тока 8, температуры 9, влажности 10 и давления 11 установлены на поддоне 15 между первичными преобразователями 1 и их выходные зажимы соединены с входами мультиплексора на входе аналогово-цифрового преобразователя 7, а цепи энергоснабжения аналогово-цифрового преобразователя 7 и датчиков тока 8, температуры 9, влажности 10 и давления 11 присоединены к выходным зажимам преобразователя-регулятора напряжения 5, выходные зажимы аналогово-цифрового преобразователя с мультиплексором 7 присоединены к входным зажимам приемопередатчика данных и команд 12, выходные зажимы которого подключены к антенне 28, установленной на вертикальной стенке 16, выходные зажимы приемника навигационных сообщений присоединены 13 к входу аналогово-цифрового преобразователя с мультиплексором 7, а входные зажимы приемника навигационных сигналов 13 присоединены к приемной антенне 29, установленной на крышке 17.
Автономный универсальный измерительный модуль в сети электропередачи работает следующим образом.
cp
min
Ток, протекающий в фазном проводе 4, возбуждает электромагнитное поле в замкнутых магнитопроводах 1 первичного преобразователя. Индукция магнитного поля В в соответствии с основной кривой намагничивания материала магнитопроводов 1 наводит на зажимах обмотки 2, размещенных на магнитопроводе 1, напряжение пропорциональное числу витков W. Требуемое число витков каждой из обмоток 2 каждого из магнитопроводов определяется соотношением , где U - действующее значение выходного напряжения первичного преобразователя в режиме холостого хода, l - средняя линия замкнутых магнитопроводов 1, S - поперечное сечение замкнутых магнитопроводов 3 и 6, k - производная линейного участка основной кривой намагничивания материала магнитопроводов 1, I - минимальное значение силы тока в фазном проводе 4. Обмотки 2 магнитопроводов включены параллельно и согласно к входным зажимам преобразователя-регулятора напряжения 5. Это позволяет увеличить полезную мощность, отбираемую от тока фазного провода 4. Неполярный конденсатор 6, включенный последовательно с обмоткой 2 каждого магнитопровода 1, обеспечивает режим последовательного резонанса на входе преобразователя-регулятора напряжения 5, что позволяет уменьшить потери напряжения и мощности на входе преобразователя-регулятора напряжения 5. Преобразователь-регулятор напряжения 5 обеспечивает электропитанием аналогово-цифровой преобразователь с мультиплексором 7 на входе, датчики тока 8, температуры 9, влажности 10 и давления 11, приемо-передатчик данных и команд 12, приемник навигационных сообщений 13. Информационные данные относительно параметров среды и режима линии с датчиков тока 8, температуры 9, влажности 10 и давления 11 поступают на вход мультиплексора аналогово-цифрового преобразователя 7 и с его выхода через приемо-передатчик данных и команд 12, выходные зажимы которого подключены к антенне 28, установленной на вертикальной стенке 16, передаются на пункт сбора и обработки информационных сигналов. Приемник навигационных сигналов 13 через приемную антенну 29, установленную на крышке 17 снабжает аналогово-цифровой преобразователь 7 данными единого времени, например, формируемыми системой ГЛОНАСС.
Упрощение процесса установки автономного универсального измерительного модуля в сети электропередачи в рабочее положение достигается за счет выполнения корпуса 14 в виде поддона 15 с вертикальными стенками 16 и крышки 17. Наличие в вертикальных стенках 18 и 19 прорезей 20 и 21 при установке на поддоне 15 магнитопроводов 1 с расположением их средних линий в параллельных плоскостях и при условии, что только одна U-образная часть 25 каждого магнитопровода 1 присоединена к поддону 15, позволяет осуществить размещение фазного провода в центральные отверстия 3 магнитопроводов 1 и внутри корпуса 14 без разрыва гальванических связей фазного провода 4. Крепление корпуса 14 к фазному проводу 4 осуществляется внутри корпуса 14 в процессе сборки устройства с помощью кронштейна 24. Это крепление обеспечивает потенциал корпуса 14 равным потенциалу фазного провода, что снижает требования к электрической изоляции компонентов устройства (датчики тока 8, температуры 9, влажности 10 и давления 11 и аналого-цифровой преобразователь 7), размещенных под высоким потенциалом фазного провода 4. То, что обмотка 2 каждого первичного преобразователя 1 размешена на U-образной части 25, которая прикреплена к поддону 15, а фазный провод 4 проходит через вертикальные прорези 20 и 21 в вертикальных стенках 18 и 19 параллельных друг другу позволят упростить процесс установки фазного провода в устройстве, так как дальнейшая установка съемной U-образной части 26 не меняет положения фазного провода и не оказывает влияния на его положение и, не к тому же, может повредить обмотку 2 магнитопроводов 1.
Герметизация вертикальных прорезей диэлектрическими вставками 27 позволяет наряду с герметичным закрытием крышки 17 корпуса 14 уменьшить влияние внешних факторов на работы электронных блоков устройства. Выполнение вставки 27 из диэлектрика принципиально необходимо для исключения растекания фазного тока по корпусу 14 в обход отверстий 3 магнитопроводов 1.
Размещение антенны 28 приемо-передатчика данных и команд 12 на вертикальной стенке 16 позволяет осуществить рациональное формирование ее диаграммы направленности относительно пунктов сбора информации, размещенных на поверхности земли. Установка приемной антенны 29 на крышке 17 корпуса 14 упрощает связь приемника навигационных сигналов с спутниками системы ГЛОНАСС.
Действующий макетный образец автономного универсального измерительного модуля в сети электропередачи с фазным током от 100 до 300 ампер, включающий вторичный источник бесперебойного питания с отбором мощности от фазного провода 1 линии электропередачи высокого напряжения 110 кВ, круговой промышленной частоте ω=314 рад/с, на основе магнитопровода 1 типоразмера ПЛ 20×40-80 из анизотропной холоднокатаной стали марки 3406 при числе витков вторичной обмотки равном 480 из провода ПЭВ диаметром 1 мм позволил снять на нагрузку 24 Ома напряжение от 15 до 25 В. Этой мощности достаточно для обеспечения работы маломощных первичных датчиков и систем радиоканальной передачи данных в автономных системах автоматики ЛЭП. Приемо-передатчик данных и команд автономного универсального измерительного модуля в сети электропередачи реализован на базе законченного блока в стандарте Ethernet с дальностью связи на расстояние до 3 км и приемник навигационных сигналов NAVIOR-24.
Датчик тока выполнен в виде трансформатора тока 5/300 с разъемным магнитопроводом типа TA60R (производство Испания, поставка ООО «Триумф-электро»).
Макетный образец предназначен для измерения влажности среды и веса фазного провода.
Использование полезной модели обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства и упрощение процесса установки устройства в рабочее положение