УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАЛИЧИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ СЕТЕЙ И ПРАВИЛЬНОСТИ ФАЗИРОВКИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в системах электроснабжения промышленных предприятий, городов и сельскохозяйственных районов для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки.
Известно устройство для контроля наличия высокого напряжения на шинах 3-35 кВ, содержащее опорный изолятор, емкостный датчик, выполненный в виде металлического кольца, заделанного в специальный кольцевой паз в теле изолятора, и индикаторный блок, содержащий три накопительных конденсатора, каждый из которых включен между датчиком и землей, три разрядника, включенных параллельно каждому конденсатору, три неоновые индикатора, три резистора, включенные последовательно с лампочками, ручной коммутационный элемент, выполненный в виде переключателя с фиксатором положения с тремя замыкающимися и тремя размыкающимися контактами. Каждый индикатор включен последовательно с резистором и замыкающимся контактом между датчиком и землей (Патент на полезную модель №61957 U1, G01R 19/155, опубликован 10.03.2007).
Недостатками известного устройства для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки являются низкая надежность применяемых элементов и недостаточная достоверность контроля высокого напряжения устройством в целом. Неоновые лампы, применяемые в качестве индикатора высокого напряжения, не контролируются постоянно в процессе работы, что может привести к ложному восприятию отсутствия высокого напряжения-при неисправной неоновой лампе или обрыве (или коротком замыкании) питающих ее цепей.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях энергоустановки и правильности фазировки, содержащее емкостный датчик и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом емкостный датчик выполнен в виде изолятора, внутри которого установлены с зазором два электрода, вывод одного из которых предназначен для подключения к высоковольтной шине, а вывод другого электрода через сигнальный экранированный провод подключен к аналоговому входу АЦП, причем экран сигнального провода заземлен (Патент на полезную модель №108852 U1, G01R 19/155, опубликован 27.09.2011).
Это известное устройство для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки более надежно по сравнению с вышеприведенным и обеспечивает более высокую достоверность контроля высокого напряжения.
Недостатками этого известного, наиболее близкого к предлагаемой полезной модели устройства для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки, является отсутствие возможности автоматической адаптации устройства к конструктивным особенностям разных контролируемых энергоустановок, т.к.:
- расстояние между электродами емкостных датчиков для различных напряжений выбирается из расчета одинаковой напряженности электрического поля в зоне связанного с АЦП электрода емкостного датчика, что приводит к необходимости предварительного расчета самого емкостного датчика и формирования его размеров, усложняющих процесс изготовления устройства и его установки;
- кроме того, фиксированная длина сигнального связывающего АЦП с емкостным датчиком провода (2±0,1 м.) ограничивает применение устройства в случаях, когда АЦП удален от токоведущих шин контролируемой энергоустановки.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, состоит в автоматической адаптации устройства для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки к конструктивным особенностям разных контролируемых энергоустановок, а также в повышенной достоверности контроля высокого напряжения, компактности, мобильности, надежности конструкции и в снижении трудоемкости ее монтажа.
Это достигается тем, что устройство для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки, содержащее на своем входе для каждой фазы контролируемой энергоустановки изолированный плоский электрод, предназначенный для формирования при контроле наличия напряжения одну из конденсаторных обкладок емкостного датчика напряжения, а также регистрирующий напряжение на электроде аналого-цифровой преобразователь (АЦП), аналоговый вход которого подключен к электроду через сигнальный провод с заземленным экраном, …дополнительно оснащено объединенным с АЦП в единый блок микроконтроллером с функцией непрерывной автоматической коррекции рабочего диапазона напряжения электрода.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами:
фиг.1 - Устройство для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки;
фиг.2 - Электрод;
фиг.3 - Пример установки электрода в энергоустановке.
Устройство для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки (фиг.1) содержит микроконтроллер 1 и объединенный с ним в единый блок для обеспечения компактности, мобильности и надежности устройства аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, а также связанные с АЦП 2 модуль индикации 3 и изолированные плоские электроды 4, 5, 6, 7, 8 и 9 (фиг.2), предназначенные, каждый, для формирования при контроле напряжения одну из конденсаторных обкладок емкостного датчика напряжения. Вывод 10 каждого электрода предназначен для подключения через сигнальный экранированный провод к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя 2.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2 предназначен для преобразования сигналов от всех подключенных электродов в цифровые последовательности (кодовые комбинации).
Микроконтроллер 1 предназначен для считывания данных из АЦП в свою память (не показана), их анализа и управления АЦП.
Модуль индикации 3 предназначен для приема от микроконтроллера 1 информации о наличии напряжения, правильности чередования фаз и вывода этой информации на свой дисплей.
Устройство для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки устанавливают на энергоустановке, например, в распределительном шкафу при его сборке, следующим образом.
На поверхность каждого шасси 11 энергоустановки в виде распределительного шкафа (фиг.3) укладывают электрод (например, электрод 4), затем закрепляют на шасси 11 опорный изолятор 12, обеспечивая, тем самым, плотную фиксацию электрода 4 и к изолятору 12 и к шасси 11. Вывод электрода 4 (фиг.2) подключают через сигнальный экранированный провод 14 (фиг.3) к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2 (фиг.1) и заземляют экран этого сигнального провода 14. Выход микроконтроллера 1 (фиг.1) соединяют с входом индикатора 3.
Устройство для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки готово к работе.
При появлении переменного напряжения на токоведущей шине 13 (фиг.3) энергоустановки каждый электрод 4, 5, 6, 7, 8, 9 (фиг.1) совместно с токоведущей шиной 13 (фиг.3) энергоустановки формирует обкладки конденсатора емкостного датчика, а опорный изолятор 12 энергоустановки выполняет роль диэлектрического материала между этими обкладками. Появление переменного напряжения на токоведущей шине энергоустановки 13 вызывает пропорциональное появление потенциала на каждом электроде 4, 5, 6, 7, 8, 9 (фиг.1). Протекающий ток от каждого электрода 4, 5, 6, 7, 8, 9 через нагрузочное сопротивление АЦП 2 к нулевому потенциалу (корпусу) создает падение напряжения, которое поступает на вход АЦП 2.
В свою очередь, АЦП 2 в синхронном режиме преобразовывает сигналы со всех подключенных электродов 4, 5, 6, 7, 8, 9 в цифровые последовательности (кодовые комбинации).
Микроконтроллер 1 считывает данные из АЦП 2 в свою память таким образом, что эпюры сигналов со всех электродов 4, 5, 6, 7, 8, 9 располагаются в памяти микроконтроллера 1 в единой оси времени, и производит вычисление действующих значений сигналов на электродах 4, 5, 6, 7, 8, 9, затем определяет максимальное из этих значений, далее определяет рабочий диапазон от максимального значения до части данного значения, определяемой заранее установленным уровнем в процентах (например, максимальное значение составило 800 мВ, уровень установлен 70%, нижняя граница диапазона составит 800*70/100=560 мВ, таким образом рабочий диапазон составит от 560 мВ до 800 мВ) и затем определяет либо наличие напряжений на соответствующих токоведущих шинах энергоустановки 13 (фиг.3), либо их отсутствие. Таким образом, рабочий диапазон напряжений на электродах не является абсолютной фиксированной величиной, а непрерывно корректируется микроконтроллером 1 (фиг.1) в зависимости от уровня измеренных действующих значений сигналов, что позволяет устройству автоматически учитывать длину кабелей всех электродов 4, 5, 6, 7, 8, 9, высоту опорных изоляторов 12 (фиг.3) и конструктивные особенности самой энергоустановки, влияющие на уровни сигналов электродов 4, 5, 6, 7, 8, 9 (фиг.1).
Если действующие значения сигналов всех трех фаз (электродов 4, 5, 6) находятся в рабочем диапазоне, микроконтроллер 1 производит вычисление фазовых углов между фазами A-B, B-C, A-C следующим образом: на эпюре фазы B выделяет отрезок длительностью, равной полному периоду сигнала, затем на полученном отрезке вычисляет временные периоды между точками перехода через нулевые значения сигналов фаз A, B, C, после этого сравнивает полученные значения с эталонными, хранящимися в энергонезависимой памяти микроконтроллера 1, и на основе сравнения последний принимает решение о наличии, либо отсутствии трехфазного напряжения на входных (A, B, C) токоведущих шинах 13 (фиг.3) энергоустановки.
Таким же образом микроконтроллер 1 (фиг.1) производит анализ наличия, либо отсутствия трехфазного напряжения на выходных (A1, B1, C1, электроды 7, 8, 9) токоведущих шинах 13 (фиг.3) энергоустановки.
Сравнение значений соответствующих фазовых углов напряжений на входных и на выходных токоведущих шинах 13 (фиг.3) энергоустановки микроконтроллер 1 (фиг.1) производит следующим образом: вычисляет фазовые углы между фазами A-A1, A-B1, A-C1, B-A1, B-B1, B-C1, C-A1, C-B1, C-C1, затем значения фазовых углов сравнивает с эталонными, хранящимися в своей энергонезависимой памяти, и на основе сравнения формирует вывод о правильности чередования фаз.
Всю информацию о наличии напряжений и правильности чередования фаз микроконтроллер 1 посылает в модуль индикации 3.
Предложенное устройство для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки с совокупностью его существенных признаков позволяет обеспечить его автоматическую адаптацию к конструктивным особенностям разных контролируемых энергоустановок и повышенную достоверность контроля высокого напряжения за счет оснащения устройства микроконтроллером с функцией непрерывной автоматической коррекции рабочего диапазона напряжения на электроде в зависимости от уровня измеренных действующих значений сигналов, учитывающей и длину кабелей всех электродов, и высоту опорных изоляторов, и конструктивные особенности самой энергоустановки, а также позволяет обеспечить компактность, мобильность, надежность конструкции и снизить трудоемкость ее монтажа за счет объединения микроконтроллера в единый блок с АЦП и конструктивного ее выполнения с одним электродом, предназначенным для формирования при контроле напряжения одну из конденсаторных обкладок емкостного датчика напряжения.
Устройство для контроля наличия напряжения в высоковольтных сетях и правильности фазировки успешно прошло испытания и в настоящее время готовится к использованию в промышленности.