СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ
METHOD OF INSULATING STRUCTURE STATE OPTICAL MONITORING

Изобретение относится к электрическим измерениям и предназначено для выявления дефектной изолирующей конструкции, например гирлянды изоляторов высоковольтной линии электропередачи, при осуществлении дистанционного контроля.
Известен способ оптической дистанционной диагностики изолирующей конструкции, находящейся под напряжением, основанный на регистрации светового излучения электрических разрядов, возникающих на поверхности дефектной изоляции, где основной физической величиной, характеризующей наличие дефектов, является интенсивность свечения разрядов [Арбузов Р.С. Современные методы диагностики воздушных линий электропередачи / Р.С. Арбузов, А.Г. Овсянников. - Новосибирск: Наука, 2009, с. 71-80; авторское свидетельство №883807, Кл. G01R 31/08, 1981].
Применение данного способа имеет ограниченную эффективность поскольку локализованное свечение электрических разрядов зачастую экранируется самой изолирующей конструкцией или конструкцией опоры.
Наиболее близким к изобретению является способ, включающий подключение к участку изолирующей конструкции электрического светового излучателя, яркость свечения которого зависит от падения напряжения на его контактах, регистрацию светового излучения, определение дефекта по интенсивности свечения излучателя, подключение параллельно световому излучателю разрядника, установку излучателя в месте, доступном для наблюдения, при этом один из контактов излучателя заземлен, а второй контакт закреплен на изолирующем участке конструкции [Патент РФ №2517776, кл. G01R 31/08].
Основным недостатком данного способа является то, что в сильных электрических полях высоковольтных установок, где градиенты потенциала вдоль изолирующей конструкции существенно зависят как от конструкции изоляции, так и от влияний соседних элементов установки, отсутствие регулировок чувствительности излучателя может приводить к ложным выявлениям дефектного состояния изоляции. Кроме того, в прототипе отсутствует возможность индикации состояния изоляции по наличию электрических разрядов.
Техническим результатом при реализации способа является повышение надежности и достоверности контроля состояния изолирующих конструкций.
Возможность управления чувствительностью оптического индикатора значительно расширит возможности по вариантам установки оптических излучателей вблизи изолирующих конструкций, позволит унифицировать конструкцию излучателя и устанавливать уровни его свечения для браковки изоляции.
Появление у поверхности изоляторов очагов частичных электрических разрядов является дополнительным признаком ухудшения состояния изоляции. Возможность одновременной индикации изменения распределения потенциала вдоль изолирующей конструкции и появления электрических разрядов повысит достоверность контроля.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем подключение к участку изолирующей конструкции электрического светового излучателя, яркость свечения которого зависит от падения напряжения на его электродах, регистрацию светового излучения, определение дефекта по интенсивности свечения излучателя, в отличие от наиболее близкого аналога, дополнительно регулируют чувствительность излучателя путем подбора размеров электродов, включения подстроечного токоограничивающего резистора и изменения положения электродов в пространстве.
Для индикации наличия электрических разрядов дополнительно к электродам индикатора подключают катушку индуктивности.
Принцип, заложенный в изобретении, поясняется следующим. Распределение потенциалов вдоль изолирующей конструкции изменяется при нарушении целостности отдельных ее частей. Разность потенциалов на поврежденном участке уменьшается, что вызывает увеличение напряжения на неповрежденной части конструкции. Электрическое поле создает разность потенциалов между двумя электродами светового излучателя. Величину наведенной на излучателе ЭДС и протекающего тока можно регулировать выбором размеров электродов, величины токоограничивающего резистора и положения электродов в пространстве. Дефектное состояние изолирующей конструкции может быть обнаружено по интенсивности светового излучения электрического светового излучателя, установленного на участке изолирующей части конструкции или опоре, яркость свечения которого зависит от падения напряжения на его электродах.
Признаком дефекта изолирующей конструкции также является появление на ней электрических разрядов, которые создают импульсы напряженности электрического поля длительностью на несколько порядков меньше периода напряжения промышленной частоты. Для независимого обнаружения разрядов можно использовать рассмотренный выше световой излучатель в варианте с подключенной к его электродам катушкой индуктивности, которая будет шунтировать напряжение промышленной частоты, и индикатор будет реагировать только на высокочастотные всплески, вызванные электрическими разрядами.
У каждой изолирующей конструкции с разных сторон может быть установлено несколько излучателей различных вариантов исполнения, что дополнительно позволит обеспечить удобство наблюдения.
Для обеспечения надежности работы излучателя при постоянной установке параллельно к нему может быть подключен разрядник. При возникновении импульсных перенапряжений разрядник шунтирует излучатель, предохраняя его от выхода из строя.
Предлагаемый способ поясняется фиг. 1-4. На фиг. 1 и 2 изображены варианты схем, по которым может быть изготовлен световой излучатель для работы на изолирующей конструкции переменного тока. Фиг. 3 поясняет принцип работы излучателя у изолирующей конструкции в виде полимерного изолятора, подвешенного на опоре высоковольтной линии. На фиг. 4 приведены шесть фотографий полимерного изолятора ЛР 70/110 B3, на которых имитируется различная степень повреждения изоляции. На верхнюю заземленную кромку экрана изолятора на фиг. 4 подвешен без электрического контакта жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) ИЖЦ14-4/7. Для удобства рассмотрения на фиг. 4 увеличенное изображение индикатора дополнительно вынесено в правый угол каждой фотографии.
1
2
Изобретение осуществляется следующим образом. Например, электрический световой излучатель на основе светодиода, собранный по схемам, изображенным на фиг. 1 или 2, прикрепляют рядом с изолирующей конструкцией переменного тока, как показано на фиг. 3. Величины частичных емкостей C и C на фиг. 3 и, соответственно, наведенная на излучателе ЭДС будет зависеть от размеров и положения электродов (1) и (2) в пространстве. Изменяя размеры и положение электродов в пространстве, а также значение сопротивления токоограничивающего резистора, подбирается оптимальная чувствительность светового излучателя под конкретную конфигурацию электрического поля возле изолирующей конструкции. Один из электродов излучателя для повышения чувствительности можно соединить с металлической заземленной частью конструкции. Для выявления наличия на изолирующей конструкции только электрических разрядов к электродам светового излучателя подключают катушку индуктивности (Фиг. 2). При появлении на изолирующей конструкции дефектных участков изменится напряжение между электродами излучателя, что приведет к изменению яркости его свечения. Изменение яркости свечения излучателя может быть зарегистрировано глазами или расположенным на удалении оптико-электронным регистратором, например видеокамерой.
Примером, показывающим возможность достижения заявленного технического результата и осуществления изобретения, является результат лабораторного эксперимента, изображенный на фиг. 4. На шести фотографиях (фиг. 4), приведены изображения полимерного изолятора ЛР 70/110 В3, на верхнюю заземленную кромку экрана которого подвешен без электрического контакта ЖКИ ИЖЦ14-4/7, прикрепленный с одного торца скотчем. Изолятор с индикатором подключался к переменному напряжению 65 кВ. Имитация различной степени повреждения изоляции осуществлялось путем закорачивания частей изолятора, как показано на фотографиях фиг. 4. Для удобства рассмотрения увеличенное изображение индикатора дополнительно вынесено в правый угол каждой фотографии.
На приведенных фотографиях видно, что количество светящихся сегментов ЖКИ возрастает нелинейно по мере увеличения степени повреждения изоляции. Аналогичные результаты были получены и на опорных керамических изоляторах. Было установлено, что конструкция и место расположения излучателя должны быть соответствующим образом адаптированы к типу изолирующей конструкции.