СВЕТОВОЙ ИНДИКАТОР СОСТОЯНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ
LIGHT INDICATOR OF THE INSULATING STRUCTURE STATE

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для выявления дефектной изолирующей конструкции, например гирлянды изоляторов или цельного полимерного изолятора высоковольтной линии электропередачи, при осуществлении визуального контроля ее состояния.
Известны устройства оптической дистанционной диагностики изолирующей конструкции, основанные на регистрации светового излучения электрических разрядов, возникающих на поверхности загрязненной и дефектной изоляции, работающие, как правило, в ультрафиолетовом диапазоне спектра (авторское свидетельство RU №883807, МПК G01R 31/08, опубл. 23.11.1981).
Недостатком аналога является то, что использование данных устройств при регулярных осмотрах состояния линий и подстанций персоналом энергообъектов затруднено из-за их ограниченной доступности.
Известен индикатор состояния изоляции в виде источника света, мощность потока светового излучения которого зависит от величины продольного тока утечки, включенного в рассечку цепи присоединения изолятора к внешним элементам (Патент RU №2386184, МПК Н01В 17/00, опубл. 20.06.2010).
Недостатком аналога является то, что реализация заявленного изобретения на действующем оборудовании затруднительна из-за необходимости создания рассечки цепи присоединения изолирующей конструкции к высоковольтному проводу или заземлению.
Наиболее близким заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является устройство, выбранное нами за прототип, включающее электрический световой излучатель с подключенным параллельно ему разрядником, яркость свечения которого зависит от падения напряжения на его электродах, который устанавливается в месте, доступном для наблюдения, при этом один из контактов излучателя заземляют, а второй контакт закрепляют на изолирующем участке конструкции (Патент РФ №2517776, МПК G01R 31/08, опубл. 27.05.2014).
Недостатком прототипа является отсутствие возможности различения состояния изоляции по степени повреждения или загрязнения, используя признак интенсивности частичных электрических разрядов на изоляции. Кроме того, в прототипе описано устройство, работающее в непрерывном режиме. При рабочих значениях тока, текущих через излучатель и изоляцию, оно обладает невысокой яркостью свечения. Указанные недостатки снижают достоверность оценки состояния изоляции и не позволяют контролировать изолирующую конструкцию с больших расстояний в ходе визуальных осмотров высоковольтных линий в дневное время.
Задачей изобретения является разработка светового индикатора состояния изолирующей конструкции, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом при реализации заявленного светового индикатора состояния изолирующей конструкции является обеспечение индикации различных состояний изолирующей конструкции с указанием наличия частичных электрических разрядов на изоляции и повышение яркости свечения индикатора.
Технический результат достигается тем, что световой индикатор состояния изолирующей конструкции, включающий световой излучатель с двумя электродами, разрядник, включенный между электродами, отличается тем, что излучатель содержит выпрямитель, вход которого соединен с электродами, а выход через резистор с накопительным конденсатором, первый светоизлучающий элемент с электронным ключом, соединенный с накопительной емкостью, второй светоизлучающий элемент с электронным ключом, соединенный с накопительным конденсатором через электрический вентиль и с выходом выпрямителя через второй конденсатор, при этом второй конденсатор вместе со вторым светоизлучающим элементом с электронным ключом образуют высокочастотный фильтр, постоянная времени которого установлена исходя из допустимой интенсивности частичных электрических разрядов на изолирующей конструкции, что дает возможность контролировать изолирующую конструкцию с больших расстояний в ходе визуальных осмотров высоковольтных линий в дневное время.
Значительное ухудшение изоляции вследствие загрязнения или дефектов, помимо изменения распределения потенциала вдоль изолирующей конструкции, также характеризуется появлением или ростом на изоляции интенсивности частичных электрических разрядов. Отдельная индикация состояния изолирующей конструкции, близкой к пробою или перекрытию, существенно повысит достоверность оценки ее состояния.
Подводимая к индикаторам мощность в десятки микроватт достаточна для свечения излучателей. В нашем случае это позволяет персоналу проводить визуальный контроль и наблюдение за оборудованием с земли, не поднимаясь на опору, что экономит время, ресурсы, повышает безопасность выполнения осмотров оборудования.
Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности (новизна, изобретательский уровень).
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фиг. 1 - общая схема, служащая для раскрытия принципа работы светового индикатора состояния изолирующей конструкции;
Фиг. 2 - принципиальная схема одного из вариантов осуществления светового индикатора состояния изолирующей конструкции;
Фиг. 3 - фотография светового индикатора состояния изолирующей конструкции.
Принцип работы светового индикатора состояния изолирующей конструкции, заложенный в изобретении, поясняется следующим. Устройство (Фиг. 1) содержит электроды 1 и 2, выпрямитель 3, соединенные с первым светоизлучающим элементом 4 с электронным ключом через резистор R1 и накопительный конденсатор С1, и соединенный со вторым светоизлучающим элементом 5 с электронным ключом через конденсатор С1 и вентиль 6.
Устройство работает следующим образом. Когда изоляция находится в исправном состоянии или дефект незначителен, частичные электрические разряды на изоляции отсутствуют. В этом случае, при достижении в процессе заряда конденсатора С1 (Фиг. 1) на нем порогового напряжения (30-50 В) происходит разряд его через светоизлучающий элемент 4 с электронным ключом, вызывая вспышку света. При этом напряжение на конденсаторе падает до некоторого нижнего порога, электронный ключ прекращает проводить ток и конденсатор С1 начинает заряжаться вновь и далее цикл повторяется. Частота повторения вспышек света носит периодический характер и зависит от ЭДС на электродах, которая, в свою очередь, определяется распределением потенциала вдоль изолирующей конструкции, изменяющимся при нарушении целостности отдельных ее частей. Элементы схемы R1 и С2 (Фиг. 1) подобраны таким образом, что низкочастотные колебания сети не проникают на второй излучающий элемент 5. Кроме того, из-за падения напряжения на вентиле 6 пороговое напряжение включения второго излучающего элемента 5 всегда выше и светится только первый излучающий элемент 4.
При условиях, когда изоляция значительно повреждена или загрязнена, интенсивность частичных электрических разрядов высока и созданы условия для пробоя или перекрытия изолирующей конструкции. Частичные разряды создают импульсы напряженности электрического поля длительностью на несколько порядков меньше периода напряжения промышленной частоты. При определенной величине этих импульсов напряжение на входе второго излучающего элемента 5 с электронным ключом (Фиг. 1), благодаря малому сопротивлению конденсатора С2 высокочастотным импульсам, может превысить напряжение на излучающем элементе 4 и тогда он включится и будет светиться первым. При высокой интенсивности электрических разрядов будет светиться только второй излучающий элемент 5. Характер свечения не периодический, переходящий в непрерывный. Благодаря наличию вентиля 6 импульсы, вызванные разрядами, не будут влиять на работу первого излучающего элемента.
В случае средней степени повреждения изоляции, когда интенсивность электрических разрядов мала, будет характеризоваться случайным появлением вспышек второго излучающего элемента 5 на фоне первого 4 (Фиг. 1). Порог и частота появления вспышек второго излучающего элемента будет определяться постоянной времени цепи второго конденсатора С2 (Фиг. 1) и данного излучающего элемента (5), образующих вместе высокочастотный фильтр.
Изобретение осуществляется следующим образом. Вариант реализации светового индикатора состояния изолирующей конструкции показан на схеме (Фиг. 2). Схема состоит из двух электродов 1 и 2, разрядника FV1, выпрямителя на диодах VD1…VD4 и двух рабочих контуров. Первый контур включает в себя следующие элементы: накопительный конденсатор С1, сопротивление R1 и R2, динистор VS1 и зеленый светодиод VD5. Второй контур состоит из емкости С2, сопротивления R3, динистора VS2 и красного светодиода VD7. Схема работает следующим образом. Диодный мост VD1…VD4 выпрямляет переменный ток. Этот ток заряжает конденсатор С1. По мере зарядки С1 напряжение на нем возрастает. Динистор VS1 при прямом включении не пропускает ток до тех пор, пока напряжение на его выводах не достигнет 30-40 В. Как только напряжение достигнет нужного значения, динистор открывается и заряд с конденсатора С1 разряжается на зеленый светодиод VD5, вследствие чего светодиод загорается и горит, пока напряжение на динисторе не упадет ниже порога закрытия. Длительность импульса зависит от выбранного сопротивления R2. При отсутствии электрических разрядов на изоляции всегда будет срабатывать только светодиод VD5, поскольку из-за падения напряжения на диоде VD6 (электрическом вентиле) динистор VS2 всегда будет закрыт. При определенной величине импульсов частичных разрядов, благодаря малой емкости конденсатора С2, напряжение на VS2 может превысить напряжение на VS1 и тогда он откроется первым и накопительный конденсатор С1 будет разряжаться через красный светодиод VD7. Порог и частота появления вспышек VD7 будет определяться постоянной времени цепи, состоящей из конденсатора С2, сопротивления R3, динистора VS2 и красного светодиода VD7, образующих вместе высокочастотный фильтр.
Примером, показывающим возможность осуществления изобретения, является работа образца светового индикатора состояния изолирующей конструкции на действующей высоковольтной линии 35 кВ «Очистные сооружения - ПС 126» Альметьевских электрических сетей ОАО «Сетевая компания». На фотографии (Фиг. 3) приведено изображение светового индикатора состояния изолирующей конструкции, собранного на плате по схеме (Фиг. 2). Один электрод светового индикатора состояния изолирующей конструкции (на снимке левый) соединен с помощью хомута с оконцевателем полимерного изолятора ЛК-70/35, а второй, представляющий собой медную пластину, расположен свободно на другом конце платы. Светодиоды находятся в центре платы и смотрят вниз на землю. Свечение светодиодов уверенно обнаруживалось с земли на расстоянии по прямой до светового индикатора состояния изолирующей конструкции около 15 м. При использовании нескольких последовательно установленных светодиодов удалось добиться значительного повышения дальности наблюдения.
Заявленное техническое решение соответствует требованиям промышленной применимости и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий и прошло апробацию на объекте филиала ОАО «Сетевая компания» Альметьевские электрические сети.