Установка для моделирования повреждений в кабельных линиях
INSTALLATION FOR SIMULATION OF DAMAGES IN CABLE LINES

Изобретение относится к области энергетики, а именно к кабельным сетям, и может быть использовано при имитации повреждений в кабельных линиях.
Известен тренажер-имитатор кабельных линий связи, который состоит из корпуса с размещенными в нем катушками с проводом, концы которых распаяны на соединительные контакты станционной и линейной стороны. Между линиями, имитирующими жилы кабельных линий связи, припаяны переменные резисторы. Между линиями, имитирующими жилы кабельных линий связи, и линией, имитирующей экран, припаяны подстроенные конденсаторы [Патент на полезную модель RU201620, МПК G09B 23/18, Н04В 3/40, опубл. 25.08.2020 г.]
Недостатком данного технического решения является его низкая сложность конструкции и эксплуатации.
Известно устройство для обучения методам определения повреждения кабельных связей, которое имеет блоки имитации неисправностей, первые выводы которых соединены с одними из выводов сопротивлений жил, при этом вторые выводы блоков имитации неисправностей подключены к контактам соответствующих переключателей имитации удаленности места и вида обрыва кабеля [SU1187200, МПК G09B 23/18, опубл. 23.10.1985 г.].
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции и эксплуатации, а также низкая функциональность, т.к. нет возможности имитации других режимов - процесса испытания высоковольтного кабеля повышенным напряжением и процесса прожига дефектного кабеля.
Технической задачей изобретения является расширение арсенала технических средств, используемых для имитации повреждений в кабельных линиях.
Техническим результатом изобретения является повышение функциональности устройства.
Это достигается тем, что установка для моделирования повреждений в кабельных линиях, содержащая блок управления, выполненный из последовательно включенных элемента сетевого и элемента выбора режима, и силовой блок, согласно изобретению блок управления снабжен панелью индикации, а силовой блок включает в себя параллельно подключенные модуль испытания изоляции, модуль прожига и модуль акустического поиска, выходы которых соединены с панелью индикации блока управления, выход элемента сетевого блока управления, свободный от подключения к элементу выбора режима, соединен с регулируемым автотрансформатор, который подключен через повышающий трансформатор к силовому блоку, модуль испытания изоляции выполнен в виде включенных последовательно первого конденсатора, первого и второго диодов, первого резистора, первого разрядника и второго резистора, первый конденсатор выводом, свободным от подключения к первому диоду, подключен к узлу соединения силового блока с началом обмотки повышающего трансформатора, а второй резистор выводом свободным от подключения к первому разряднику подключен к узлу соединения силового блока с концом обмотки повышающего трансформатора, третий и четвертый диоды включены последовательно друг с другом, при этом третий диод подключен к узлу, образуемому точкой соединения второго резистора и первого разрядника, а четвертый диод к узлу, образованному точкой соединения первого конденсатора и первого диода, второй конденсатор включен параллельно первой ветви, образованной третьим и четвертым диодами, также параллельно ветви, образованной третьим и четвертым диодами, включены вторая ветвь, которая представляет собой соединенные последовательно третий резистор и первый ключ, и третья ветвь из соединенных последовательно четвертого и пятого резисторов, при этом первые точки подключения второго конденсатора и второй и третьей ветвей расположены между вторым диодом и первым резистором, а вторые точки подключения второго конденсатора и второй и третьей ветвей расположены между узлом подключения третьего диода к точке соединения второго резистора и первого разрядника и первым разрядником, модуль прожига выполнен в виде включенных последовательно третьего конденсатора, пятого и шестого диодов, шестого резистора, второго разрядника и седьмого резистора, третий конденсатор выводом, свободным от подключения к пятому диоду, подключен к узлу соединения силового блока с началом обмотки повышающего трансформатора, а седьмой резистор выводом свободным от подключения к второму разряднику подключен к узлу соединения силового блока с концом обмотки повышающего трансформатора, седьмой и восьмой диоды включены последовательно друг с другом, при этом седьмой диод подключен к узлу, образуемому точкой соединения седьмого резистора и второго разрядника, а восьмой диод к узлу, образованному точкой соединения третьего конденсатора и пятого диода, четвертый конденсатор включен параллельно четвертой ветви, образованной седьмым и восьмым диодами, также параллельно четвертой ветви включена пятая ветвь, которая представляет собой соединенные последовательно восьмой и девятый резисторы, при этом первые точки подключения четвертого конденсатора и пятой ветви расположены между шестым диодом и шестым резистором, а вторые точки подключения четвертого конденсатора и пятой ветви расположены между узлом подключения седьмого диода к точке соединения седьмого резистора и второго разрядника и вторым разрядником, модуль акустического поиска выполнен в виде включенных последовательно пятого конденсатора, девятого и десятого диодов, второго ключа, третьего разрядника и десятого резистора, пятый конденсатор выводом, свободным от подключения к девятому диоду, подключен к узлу соединения силового блока с началом обмотки повышающего трансформатора, а десятый резистор выводом свободным от подключения к третьему разряднику подключен к узлу соединения силового блока с концом обмотки повышающего трансформатора, одиннадцатый и двенадцатый диоды включены последовательно друг с другом и образую шестую ветвь, при этом одиннадцатый диод подключен к узлу, образуемому точкой соединения десятого резистора и третьего разрядника, а двенадцатый диод к узлу, образованному точкой соединения пятого конденсатора и девятого диода, шестой конденсатор включен параллельно шестой ветви, образованной одиннадцатым и двенадцатым диодами, также параллельно шестой ветви включена седьмая ветвь, которая представляет собой соединенные последовательно одиннадцатый резистор и третий ключ, при этом первые точки подключения шестого конденсатора и седьмой ветви расположены между десятым диодом и вторым ключом, а вторые точки подключения шестого конденсатора и седьмой ветви расположены между узлом подключения одиннадцатого диода к точке соединения десятого резистора и третьего разрядника и третьим разрядником.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема установки для моделирования повреждений в кабельных линиях и приняты следующие обозначения:
1 - питающая сеть,
2 - блок управления,
3 - элемент сетевой,
4 - элемент выбора режима,
5 - панель индикации,
6 - силовой блок
7 - модуль испытания изоляции,
8 - модуль прожига,
9 - модуль акустического поиска,
10 - регулируемый автотрансформатор
11 - повышающий трансформатор.
На фиг. 2 - схема модуля испытания изоляции, где приняты следующие обозначения:
10 - регулируемый автотрансформатор,
11 - повышающий трансформатор,
12,13 - конденсаторы,
14-17 - диоды,
18-22 - резисторы,
23 - разрядник
24 - ключ
На фиг. 3 схема модуля прожига, где приняты следующие обозначения:
10 - регулируемый автотрансформатор,
11 - повышающий трансформатор,
25, 26 - конденсаторы,
27-30 - диоды,
31-34 - резисторы,
35 - разрядник.
На фиг. 4 схема модуля акустического поиска, где приняты следующие обозначения:
10 - регулируемый автотрансформатор,
11 - повышающий трансформатор,
36, 37 - конденсаторы,
38-41 - диоды,
42, 43 - резисторы,
44 - разрядник,
45 - ключ,
46 - ключ.
Блок-схема установки для моделирования повреждений в кабельных линиях (см. фиг. 1) состоит из двух основных блоков, соединенных последовательно: блока управления 2 и силового блока 6.
Блок управления 2 соединяется с питающей сетью 1 и выполнен из последовательно включенных элемента сетевого 3 и элемента выбора режима 4, а также панели индикации 5. Силовой блок 6 включает в себя параллельно подключенные модуль испытания изоляции 7, модуль прожига 8 и модуль акустического поиска 9, выходы которых соединены с панелью индикации 5 блока управления 2. Выход элемента сетевого 3 блока управления 2, свободный от подключения к элементу выбора режима 4, соединен с регулируемый автотрансформатор 10, который подключен через повышающий трансформатор 11 к силовому блоку 6.
Модуль испытания изоляции 7 выполнен в виде включенных последовательно первого конденсатора 12, первого 16 и второго 17 диодов, первого резистора 21, первого разрядника 23 и второго резистора 18. Первый конденсатор 12 выводом, свободным от подключения к первому диоду 16, подключен к узлу соединения силового блока 6 с началом обмотки повышающего трансформатора 11, а второй резистор 18 выводом свободным от подключения к первому разряднику 23 подключен к узлу соединения силового блока 6 с концом обмотки повышающего трансформатора 11. Третий 14 и четвертый 15 диоды включены последовательно друг с другом, при этом третий диод 14 подключен к узлу, образуемому точкой соединения второго резистора 18 и первого разрядника 23, а четвертый диод 15 к узлу, образованному точкой соединения первого конденсатора 12 и первого диода 16. Второй конденсатор 13 включен параллельно первой ветви, образованной третьим 14 и четвертым 15 диодами. Также параллельно ветви, образованной третьим 14 и четвертым 15 диодами, включены вторая ветвь, которая представляет собой соединенные последовательно третий резистор 22 и первый ключ 24, и третья ветвь из соединенных последовательно четвертого 20 и пятого 19 резисторов. При этом первые точки подключения второго конденсатора 13 и второй и третьей ветвей расположены между вторым диодом 17 и первым резистором 21, а вторые точки подключения второго конденсатора 13 и второй и третьей ветвей расположены между узлом подключения третьего диода 14 к точке соединения второго резистора 18 и первого разрядника 23 и первым разрядником 23 (см. фиг. 2).
Модуль прожига 8 выполнен в виде включенных последовательно третьего конденсатора 25, пятого 29 и шестого 30 диодов, шестого резистора 34, второго разрядника 35 и седьмого резистора 31. Третий конденсатор 25 выводом, свободным от подключения к пятому диоду 29, подключен к узлу соединения силового блока 6 с началом обмотки повышающего трансформатора 11, а седьмой резистор 31 выводом свободным от подключения к второму разряднику 35 подключен к узлу соединения силового блока 6 с концом обмотки повышающего трансформатора 11. Седьмой 27 и восьмой 28 диоды включены последовательно друг с другом, при этом седьмой диод 27 подключен к узлу, образуемому точкой соединения резистора седьмого 31 и второго разрядника 35, а восьмой диод 28 к узлу, образованному точкой соединения третьего конденсатора 25 и пятого диода 29. Четвертый конденсатор 26 включен параллельно четвертой ветви, образованной седьмым 27 и восьмым 28 диодами. Также параллельно четвертой ветви включена пятая ветвь, которая представляет собой соединенные последовательно восьмой 33 и девятый 32 резисторы. При этом первые точки подключения четвертого конденсатора 26 и пятой ветви расположены между шестым диодом 30 и шестым резистором 34, а вторые точки подключения четвертого конденсатора 26 и пятой ветви расположены между узлом подключения седьмого диода 27 к точке соединения седьмого резистора 31 и второго разрядника 35 и вторым разрядником 35 (см. фиг. 3).
Модуль акустического поиска 9 выполнен в виде включенных последовательно пятого конденсатора 36, девятого 40 и десятого 41 диодов, второго ключа 45, третьего разрядника 44 и десятого резистора 42. Пятый конденсатор 36 выводом, свободным от подключения к девятому диоду 40, подключен к узлу соединения силового блока 6 с началом обмотки повышающего трансформатора 11, а десятый резистор 42 выводом свободным от подключения к третьему разряднику 44 подключен к узлу соединения силового блока 6 с концом обмотки повышающего трансформатора 11. Одиннадцатый 38 и двенадцатый 39 диоды включены последовательно друг с другом и образую шестую ветвь, при этом одиннадцатый диод 38 подключен к узлу, образуемому точкой соединения десятого резистора 42 и третьего разрядника 44, а двенадцатый диод 39 к узлу, образованному точкой соединения пятого конденсатора 36 и девятого диода 40. Шестой конденсатор 37 включен параллельно шестой ветви, образованной одиннадцатым 38 и двенадцатым 39 диодами. Также параллельно шестой ветви включена седьмая ветвь, которая представляет собой соединенные последовательно одиннадцатый резистор 43 и третий ключ 46. При этом первые точки подключения шестого конденсатора 37 и седьмой ветви расположены между десятым диодом 41 и вторым ключом 45, а вторые точки подключения шестого конденсатора 37 и седьмой ветви расположены между узлом подключения одиннадцатого диода 38 к точке соединения десятого резистора 42 и третьего разрядника 44 и третьим разрядником 44 (см. фиг. 4).
Установка для моделирования повреждений в кабельных линиях работает следующим образом.
Блок управления 2 подключается к питающей сети 1, включается автоматический выключатель элемента сетевого 3, что сопровождает включение установки, о чем свидетельствует включение светового индикатора на панели индикации 5. При этом напряжение из питающей сети 1 поступает на регулируемый автотрансформатор 10. В свою очередь, напряжение с регулируемого автотрансформатора 10 подается на повышающий трансформатор 11. Панель индикации 5 служит также для снятия показаний силы тока на амперметре и напряжения на вольтметре. Элементом выбора режима 4 осуществляется переключение модулей 7-9 галетным переключателем, а также контакторами. Плавно поворачивая ручку регулируемого автотрансформатора 10, получают регулируемое напряжение. Повышая напряжение посредством повышающего трансформатора 11 от нулевой отметки, происходит заряд конденсаторов 12-13, 25-26 и 36-37 в соответствующих модулях 7-9 по схеме удвоения напряжения. Далее, в зависимости от выбранной схемы, происходит следующее.
Модуль испытания изоляции 7 используют для имитации пробоя изоляции кабеля (фиг. 2). В данном режиме установка имитирует процесс испытания высоковольтного кабеля повышенным напряжением. Испытуемый кабель имитируется разрядником 23, который представляет собой два сведенных друг к другу электрода.
С началом моделирования процесса испытания изоляции от регулируемого автотрансформатора 10, который имеет возможность регулировки напряжения, напряжение подается на повышающий трансформатор 11, который не имеет гальваническую связь с питающей электросетью 1. Величина выходного напряжения с повышающего трансформатора не превышает 350 В действующего напряжения. Следующим этапом является процесс зарядки конденсатора, выполненный по схеме удвоителя напряжения, удвоителями являются 2 пары диодов 14, 15 и 16, 17. В первый полупериод, когда пара диодов 14 и 15 открыты, а 16 и 17 закрыты, происходит заряд конденсатора 12. В следующий полу период, когда пара диодов 16 и 17 открыты, а 14 и 15 закрыты, заряд конденсатора 12 передается в конденсатор 13 и, таким образом, конденсатор 13 заряжается удвоенным напряжением. В результате на выходе удвоителя возникает удвоенное амплитудное значение выходного напряжения с повышающего трансформатора 11, которое не превышает 1000 В. Резистор 21 служит для ограничения тока, так как при пробое кратковременно возникает короткое замыкание, которое попадает на питающую схему. Резистор 18 служит также для ограничения тока и для его измерения. Резисторы 19 и 20 представляют собой измерительный делитель служащий для измерения напряжения. Напряжение от повышающего трансформатора 11 плавно повышается от нулевой отметки до установленной величины. Если при удержании кабеля под напряжением в течении 10 минут не произойдет пробой, то плавно понижается напряжение до нулевой отметки, конденсаторы 12 и 13 разряжаются на резистор 22. После чего электроды разрядника 23 сводятся ближе и испытание повторяется. Если за установленное время произойдет пробой кабеля, то сработает защита испытательной установки, и будет зафиксирована неисправность в кабеле, конденсаторы 12 и 13 разряжаются на резистор 22.
Модуль прожига 8 имитирует устойчивое горение дуги. В данном режиме установка имитирует процесс прожига дефектного кабеля. Дефектный кабель имитируется разрядником 35. В представленном режиме происходит зажигание дуги и поддерживается ее устойчивое горение. Для поддержания устойчивого горения дуги источник высокого напряжения установки должен обладать характеристикой генератора тока. Поддержание стабильной величины тока в дуге улучшает устойчивость ее горения. Стабильность выходного тока обеспечивается включенным последовательно с источником высокого напряжения резистором.
С началом моделирования прожига от регулируемого автотрансформатора 10 напряжение подается на повышающий трансформатор 11. Следующим этапом является процесс зарядки конденсатора, выполненный по схеме удвоителя напряжения по средствам поочередного открытия и закрытия диодов 27, 28, 29, 30 и заряда конденсаторов 25 и 26. В схеме прожига зажигается дуга и поддерживается ее устойчивое горение. Резистор 34 служит для ограничения тока. Если его не будет, то в момент зажигания дуги возникает короткое замыкание, которое попадает на питающую схему, что приведет к срабатыванию защиты и отключению электроустановки. Резистор 31 служит также для ограничения тока и для его измерения. Резисторы 32 и 33 представляют собой измерительный делитель служащий для измерения напряжения.
Модуль акустического поиска 9 имитирует возникновение акустических сигналов (сильных хлопков). В данном режиме установка моделирует процесс акустического поиска пробоя кабеля. Дефектный кабель имитируется разрядником 44. Для обеспечения работы данного режима установки происходит заряд конденсатора 37 большой емкости (500 мкФ) по схеме удвоения напряжения.
С началом моделирования акустического поиска от регулируемого автотрансформатора 10 напряжение подается на повышающий трансформатор 11. Следующим этапом является процесс зарядки конденсатора, выполненный по схеме удвоителя напряжения по средствам поочередного открытия и закрытия диодов 38, 39, 40, 41 и заряда конденсаторов 36 и 37. Емкость конденсатора 37 много больше емкости конденсатора 36. Это необходимо для создание мощного акустического хлопка. В момент зарядки конденсаторов 36-37 по схеме удвоителя напряжения, ключи 45 и 46 разомкнуты. Когда конденсатор 37 зарядился, ключ 45 замыкается, в место пробоя кабеля подается высоковольтный импульс, вызывающий акустический сигнал (сильный хлопок). Ключ 45 размыкается, ключ 46 замыкается, происходит разряд конденсаторов 36 и 37 на резистор 43.
В каждом модуле 7-9 предусмотрена возможность фиксации значений силы тока и напряжения.
Силовой блок 6 моделирует реальную установку по поиску повреждения в кабельных линиях. Модуль испытания изоляции 7 имитирует вызываемый пробой изоляции кабеля. Модуль прожига 8 имитирует возникновение устойчивой электрической дуги на электродах, которая в реальном кабеле образует область с пониженным сопротивлением, состоящим из продуктов горения изоляции и жилы, а также расплавленного материала токоведущей жилы и оболочки кабеля вплоть до образования металлического моста. Модуль акустического поиска 9 имитирует возникновение мощных акустических хлопков, с помощью которых происходит определение точного места поломки кабельной линии.
С использованием установки для моделирования повреждений в кабельных линиях можно в том числе изучать теоретические основы поиска: этапы определения места повреждения, методы определения мест повреждений, а также провести изучения работы аппаратуры для поиска повреждений в кабельных линиях. Имитируется три режима работы: испытание изоляции, прожиг и акустический поиск.
Использование изобретения позволяет расширить арсенал технических средств, используемых для имитации повреждений кабельных линий, повышается функциональность устройства.