ПОЛИМЕРНЫЙ ИЗОЛЯТОР С МОДУЛЕМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
POLYMER INSULATOR WITH OVERHEAD POWER LINE INTELLIGENT MONITORING MODULE

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкциям высоковольтных изоляторов, применяемых в условиях высоких механических нагрузок в высоковольтных линиях электропередач.
Известен изолятор, содержащий цилиндрический несущий стержень с коническими хвостовиками, оконцеватели и втулки, на которые дополнительно установлены муфты, внутренние поверхности муфт и втулок выполнены в виде усеченных конусов, которые соединены с коническими хвостовиками стержня и обращены большими основаниями к концам стержня (ПатентРФ№2115183, МПК Н01В 17/00, опубл. 10.07.1998 г. ).
Недостаток устройства состоит в отсутствии возможности мониторинга воздушной линии электропередач и передачи данных для принятия оперативных решений.
Известен полимерный изолятор, содержащий механопрочный стержень из полимера, охваченный защитной оболочкой и армированный металлическими токонесущими оконцевателями, выполненными в форме стакана (Патент РФ №2262760, МПК Н01В 17/02, опубл. 20.10.2005).
Недостаток известного полимерного изолятора состоит в отсутствии возможности мониторинга воздушной линии электропередач при обледенении проводов, попадании посторонних предметов на линию, «пляске» и обрыве проводов, а также данных о нагрузке линии и коротких замыканиях, что снижает функциональные возможности устройства.
Наиболее близким является полимерный изолятор, содержащий изоляционный стержень, облицованный трекингозащитными ребрами, установленными на его внешней цилиндрической поверхности, на торцах изоляционного стержня установлены оконцеватели в виде кольца, состоящего из двух дуг, соединенных прямолинейными участками, на дуге кольца каждого оконцевателя изнутри установлены верхняя и нижняя металлические накладки (Патент РФ №2320042, МПК H01DB 17/02, опубл. 20.03.2008).
Недостаток устройства состоит в малых функциональных возможностях полимерного изолятора в части обеспечения мониторинга воздушной линии электропередач и оперативной передачи данных при обледенении проводов, попадании посторонних предметов на линию, «пляске» и обрыве проводов, а также данных о нагрузке линии и коротких замыканиях.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в расширении функциональных возможностях полимерного изолятора в части обеспечения мониторинга воздушной линии электропередач и оперативной передачи данных при обледенении проводов, попадании посторонних предметов на линию, «пляске» и обрыве проводов, а также данных о нагрузке линии и коротких замыканиях.
Указанный технический результат достигается тем, что в полимерный изолятор с модулем интеллектуального мониторинга воздушной линии электропередач, содержащий изоляционный стержень, облицованный трекингозащитными ребрами, установленными на его внешней цилиндрической поверхности, на торцах изоляционного стержня установлены оконцеватели в виде кольца, состоящего из двух дуг, соединенных прямолинейными участками, на дуге кольца каждого оконцевателя изнутри установлены верхняя и нижняя металлические накладки, в устройство дополнительно введены модуль интеллектуального мониторинга воздушной линии электропередач, разъемный трансформатор и три тензометрические пластины, причем первая тензометрическая пластина закреплена на внешней стороне нижней металлической накладки в нижней ее части, вторая и третья тензометрические пластины закреплены на боковых частях внешней стороны нижней металлической накладки, разъемный трансформатор устанавливается на проводе воздушной линии электропередач, модуль интеллектуального мониторинга воздушной линии электропередач встраивается в нижнее дополнительное утолщенное трекингозащитное ребро и содержит задатчик наибольшей допустимой механической нагрузки по первой тензометрической пластине, задатчик нижнего значения механической нагрузки по первой тензометрической пластине, задатчик наибольшей допустимой механической нагрузки по второй тензометрической пластине, задатчик наибольшей допустимой механической нагрузки по третьей тензометрической пластине, первый, второй, третий и четвертый блоки сравнения механической нагрузки, трехосевой гироскоп, первый, второй и третий задатчики допустимых отклонений трехосевого гироскопа, первый, второй и третий блоки сравнения допустимых отклонений трехосевого гироскопа, выпрямитель, задатчик наибольшего допустимого значения тока в проводе воздушной линии, блок сравнения допустимого значения тока в проводе воздушной линии, ограничитель напряжения, сглаживающий фильтр, стабилизатор питания модуля интеллектуального мониторинга воздушной линии электропередач, блок памяти переменных, блок инициализации аварийных и циклических передач, задатчик циклов передач, блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи и антенну, встраиваемую в нижнее дополнительное утолщенное трекингозащитное ребро, причем выходы первой, второй и третьей тензометрических пластин, трехосевого гироскопа и выпрямителя соединены с входами блока памяти переменных, выход первой тензометрической пластины соединен со вторыми входами первого и второго блоков сравнения механической нагрузки, выход второй тензометрической пластины соединен со вторым входом третьего блока сравнения механической нагрузки, выход третьей тензометрической пластины соединен со вторым входом четвертого блока сравнения механической нагрузки, выходы задатчиков наибольшей допустимой механической нагрузки по первой тензометрической пластине, нижнего значения механической нагрузки по первой тензометрической пластине, наибольшей допустимой механической нагрузки по второй тензометрической пластине, наибольшей допустимой механической нагрузки по третьей тензометрической пластине через первые входы первого, второго, третьего и четвертого блоков сравнения механической нагрузки соединены с входами блока инициализации аварийных и циклических передач соответственно, выходы трехосевого гироскопа соединены со вторыми входами первого, второго и третьего блоков сравнения допустимых отклонений трехосевого гироскопа, выходы первого, второго и третьего задатчиков допустимых отклонений трехосевого гироскопа через первые входы первого, второго и третьего блоков сравнения допустимых отклонений трехосевого гироскопа соединены с входами блока инициализации аварийных и циклических передач соответственно, разъемный трансформатор через выпрямитель, ограничитель напряжения и сглаживающий фильтр соединен со стабилизатором питания модуля интеллектуального мониторинга воздушной линии электропередач, выход выпрямителя соединен со вторым входом блока сравнения допустимого значения тока в проводе воздушной линии, первый вход которого соединен с задатчиком наибольшего допустимого значения тока в проводе воздушной линии, а выход с блоком инициализации аварийных и циклических передач, выход задатчика циклов передач соединен с входом блока инициализации аварийных и циклических передач, блок памяти переменных соединен с информационным входом блока передачи данных по сети сотовой и радиосвязи, управляющий вход которого соединен с выходом блока инициализации аварийных и циклических передач, блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи соединен с антенной.
На фиг. 1 показан общий вид полимерного изолятора с модулем интеллектуального мониторинга воздушной линии электропередач.
На фиг. 2 приведена структура модуля интеллектуального мониторинга воздушной линии электропередач.
Полимерный изолятор с модулем интеллектуального мониторинга воздушной линии электропередач содержит изоляционный стержень 1, облицованный трекингозащитными ребрами 2, установленными на его внешней цилиндрической поверхности, на торцах изоляционного стержня установлены оконцеватели 3 в виде кольца, состоящего из двух дуг, соединенных прямолинейными участками, на дуге кольца каждого оконцевателя изнутри установлены верхняя 4 и нижняя 5 металлические накладки, модуль интеллектуального мониторинга 6 воздушной линии электропередач, разъемный трансформатор 7 и три тензометрические пластины.
Первая 8 тензометрическая пластина закреплена на внешней стороне нижней 5 металлической накладки в нижней ее части, вторая 9 и третья 10 тензометрические пластины закреплены на боковых частях внешней стороны нижней 5 металлической накладки.
Разъемный трансформатор 7 устанавливается на проводе воздушной линии электропередач.
Модуль интеллектуального мониторинга 6 воздушной линии электропередач содержит задатчик наибольшей допустимой механической нагрузки 11 по первой 8 тензометрической пластине, задатчик нижнего значения механической нагрузки 12 по первой 8 тензометрической пластине, задатчик наибольшей допустимой механической нагрузки 13 по второй 9 тензометрической пластине, задатчик наибольшей допустимой механической нагрузки 14 по третьей 10 тензометрической пластине, первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 блоки сравнения механической нагрузки, трехосевой гироскоп 19, первый 20, второй 21 и третий 22 задатчики допустимых отклонений трехосевого гироскопа 19, первый 23, второй 24 и третий 25 блоки сравнения допустимых отклонений трехосевого гироскопа 19, выпрямитель 26, задатчик наибольшего допустимого значения тока 27 в проводе воздушной линии, блок сравнения допустимого значения тока 28 в проводе воздушной линии, ограничитель напряжения 29, сглаживающий фильтр 30, стабилизатор питания 31 модуля интеллектуального мониторинга 6 воздушной линии электропередач, блок памяти переменных 32, блок инициализации 33 аварийных и циклических передач, задатчик циклов передач 34, блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 и антенну 36.
Выходы первой 8, второй 9 и третьей 10 тензометрических пластин, трехосевого гироскопа 19 и выпрямителя 26 соединены с входами блока памяти переменных 32, выход первой 8 тензометрической пластины соединен с вторыми входами первого 15 и второго 16 блоков сравнения механической нагрузки, выход второй 9 тензометрической пластины соединен со вторым входом третьего 17 блока сравнения механической нагрузки, выход третьей 10 тензометрической пластины соединен со вторым входом четвертого 18 блока сравнения механической нагрузки.
Выходы задатчиков наибольшей допустимой механической нагрузки 11 по первой 8 тензометрической пластине, нижнего значения механической нагрузки 12 по первой 8 тензометрической пластине, наибольшей допустимой механической нагрузки 13 по второй 9 тензометрической пластине, наибольшей допустимой механической нагрузки 14 по третьей 10 тензометрической пластине через первые входы первого 15, второго 16, третьего 17 и четвертого 18 блоков сравнения механической нагрузки соединены с входами блока инициализации 33 аварийных и циклических передач соответственно.
Выходы трехосевого гироскопа 19 соединены со вторыми входами первого 23, второго 24 и третьего 25 блоков сравнения допустимых отклонений трехосевого гироскопа, выходы первого 20, второго 21 и третьего 22 задатчиков допустимых отклонений трехосевого гироскопа 19 через первые входы первого 23, второго 24 и третьего 25 блоков сравнения допустимых отклонений трехосевого гироскопа 19 соединены с входами блока инициализации 33 аварийных и циклических передач.
Разъемный трансформатор 7 через выпрямитель 26, ограничитель 29 напряжения и сглаживающий фильтр 30 соединен со стабилизатором питания 31 модуля интеллектуального мониторинга 6 воздушной линии электропередач.
Выход выпрямителя 26 соединен со вторым входом блока сравнения допустимого значения тока 28 в проводе воздушной линии, первый вход которого соединен с задатчиком наибольшего допустимого значения тока 27 в проводе воздушной линии, а выход с блоком инициализации 33 аварийных и циклических передач.
Выход задатчика циклов передач 34 соединен с входом блока инициализации 33 аварийных и циклических передач.
Блок памяти 32 переменных соединен с информационным входом блока передачи данных 35 по сети сотовой и радиосвязи, управляющий вход которого соединен с выходом блока инициализации 33 аварийных и циклических передач.
Блок передачи данных 35 по сети сотовой и радиосвязи соединен с антенной 36.
Устройство работает следующим образом.
Полимерный изолятор при работе воспринимает значительные растягивающие усилия, направленные вдоль оси изолятора, и изгибающие моменты. Особенно эти усилия возрастают при сильном ветре и обледенении проводов воздушной линии электропередач.
Мониторинг во времени величины растягивающего усилия, направленного вдоль оси изолятора, производится первой 8 тензометрической пластиной, закрепленной на внешней стороне нижней 5 металлической накладки в нижней ее части.
Мониторинг во времени величины и изгибающего момента полимерного изолятора, направленного поперек оси изолятора, производится второй 9 и третьей 10 тензометрическими пластинами, закрепленными на боковых частях внешней стороны нижней 5 металлической накладки в нижней ее части.
Данные мониторинга во времени величины растягивающего усилия и изгибающего момента полимерного изолятора поступают на блок памяти переменных 32 для передачи в оперативно-диспетчерский пункт электросетевой компании (на фигуре не показан) посредством блока передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 с антенной 36.
В случае нахождения механических нагрузок, воздействующих на полимерный изолятор, растягивающих усилий вдоль оси изолятора и изгибающих моментов в допустимых пределах, первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 блоки сравнения механической нагрузки с допустимыми значениями не срабатывают и блок инициализации 33 аварийных и циклических передач не формирует сигнал инициализации передачи данных. Полимерный изолятор в этом случае работает в допустимых механических нагрузках.
При увеличении растягивающего усилия, направленного вдоль оси изолятора (например, при обледенении проводов), величина сигнала на выходе первой 8 тензометрической пластины возрастает и, в определенный момент превышает значение, установленное задатчиком наибольшей допустимой механической нагрузки 11 по первой 8 тензометрической пластине. Первый 15 блок сравнения механической нагрузки с допустимыми значениями срабатывает, и через блок инициализации 33 аварийных и циклических передач инициирует передачу данных в оперативно-диспетчерский пункт электросетевой компании (на фигуре не показан) накопленных в блоке памяти переменных 32 и текущих значений посредством блока передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 с антенной 36. В оперативную службу электросетевой компании поступает сигнал об обледенении проводов.
При снижении растягивающего усилия, направленного вдоль оси изолятора (например, при обрыве провода), величина сигнала на выходе первой 8 тензометрической пластины снижается и, в определенный момент становится меньше установленного задатчиком нижнего значения механической нагрузки 12 по первой 8 тензометрической пластине. Второй 16 блок сравнения механической нагрузки с допустимыми значениями срабатывает, и через блок инициализации 33 аварийных и циклических передач инициирует передачу данных в оперативно-диспетчерский пункт электросетевой компании (на фигуре не показан) накопленных в блоке памяти переменных 32 и текущих значений посредством блока передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 с антенной 36. В оперативную службу электросетевой компании поступает сигнал об обрыве провода.
При увеличении изгибающего момента полимерного изолятора, направленного поперек оси изолятора (например, при раскачивании проводов при сильном ветре или попадании на провода посторонних предметов), величина сигнала на выходе второй 9 тензометрической пластины возрастает и, в определенный момент превышает значение, установленное задатчиком наибольшей допустимой механической нагрузки 13 по второй 9 тензометрической пластине. Третий 17 блок сравнения механической нагрузки с допустимыми значениями срабатывает, и через блок инициализации 33 аварийных и циклических передач инициирует передачу данных в оперативно-диспетчерский пункт электросетевой компании (на фигуре не показан) накопленных в блоке памяти переменных 32 и текущих значений посредством блока передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 с антенной 36. В оперативную службу электросетевой компании поступает сигнал о значительном раскачивании проводов при сильном ветре или попадании на провода посторонних предметов.
Аналогично при превышении сигнала на выходе третьей 10 тензометрической пластины установленного задатчиком наибольшей допустимой механической нагрузки 14 по третьей 10 тензометрической пластине срабатывает четвертый 18 блок сравнения механической нагрузки с допустимыми значениями и через блок инициализации 33 аварийных и циклических передач инициирует передачу данных в оперативно-диспетчерский пункт электросетевой компании посредством блока памяти переменных 32, блока передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 и антенны 36. В оперативную службу электросетевой компании поступает сигнал о значительном раскачивании проводов при сильном ветре или попадании на провода посторонних предметов.
Мониторинг во времени положения нижней части полимерного изолятора производится посредством трехосевого гироскопа 19 в микрсхемном исполнении. Данные мониторинга положения нижней части полимерного изолятора по трем осям поступают на блок памяти переменных 32 для передачи в оперативно-диспетчерский пункт электросетевой компании посредством блока передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 с антенной 36.
В случае нахождения положения нижней части полимерного изолятора в допустимых пределах, первый 23, второй 24 и третий 25 блоки сравнения допустимых отклонений трехосевого гироскопа 19 не срабатывают и блок инициализации 33 аварийных и циклических передач не формирует сигнал инициализации передачи данных. Положение нижней части полимерного изолятора в этом случае находится в допустимых пределах.
При изменении положения или колебаний нижней части полимерного изолятора (например, при «пляске» или обрыве провода) значения сигналов трехосевого гироскопа 19 по трем осям в определенный момент превышают величины, установленные первым 20, вторым 21 и третьим 22 задатчиками допустимых отклонений трехосевого гироскопа 19.
При превышении сигналов трехосевого гироскопа 19 хотя бы по одной из трех осей срабатывает соответствующий блок сравнения допустимых отклонений трехосевого гироскопа 19. При этом на выходе одного или нескольких блоков из первого 23, второго 24 и третьего 25 блоков сравнения допустимых отклонений трехосевого гироскопа 19 формируются сигналы запуска блока инициализации 33 аварийных и циклических передач для передачи данных в оперативно-диспетчерский пункт электросетевой компании через блоки памяти переменных 32 и передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 с антенной 36. В оперативную службу электросетевой компании поступает сигнал о «пляске» или обрыве провода.
Мониторинг величина тока в проводе воздушной линии электропередач производится разъемным трансформатором 7, установленном на проводе воздушной линии электропередач, и выпрямителем 26. Данные мониторинга величина тока поступают на блок памяти переменных 32 для передачи в оперативно-диспетчерский пункт электросетевой компании посредством блока передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 с антенной 36.
В случае нахождения величина тока в допустимых пределах, блок сравнения допустимого значения тока 28 в проводе воздушной линии не срабатывает и блок инициализации 33 аварийных и циклических передач не формирует сигнал инициализации передачи данных. Величина тока в проводе воздушной линии в этом случае находится в допустимых пределах.
При превышении величины тока (например, при коротких замыканиях или недопустимых значениях нагрузки), значение на выходе выпрямителя 26 возрастает и превышает значение, установленное задатчиком наибольшего допустимого значения тока 27 в проводе воздушной линии. Блок сравнения допустимого значения тока 28 в проводе воздушной линии срабатывает и через блок инициализации 33 аварийных и циклических передач инициирует передачу данных в оперативно-диспетчерский пункт электросетевой компании через блоки памяти переменных 32 и текущих значений и передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 с антенной 36. В оперативную службу электросетевой компании поступает сигнал о токах коротких замыканий или недопустимых значениях нагрузок в воздушной линии электропередач.
Задатчик циклов передач 34 через определенные временные периоды обеспечивает запуск блока инициализации 33 аварийных и циклических передач для передачи накопленных в блоке памяти переменных 32 данных в оперативно-диспетчерский пункт электросетевой компании через блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 с антенной 36.
Блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 35 с антенной 36 использует канал сотовой связи в случае покрытия территории сотовой связью и канал радиосвязи для передачи данных между модулями интеллектуального мониторинга 6 вдоль воздушной линии электропередач.
Питание модуля интеллектуального мониторинга 6 воздушной линии электропередач осуществляется посредством энергии, вырабатываемой разъемным трансформатором 7. Напряжение питания через выпрямитель 26, ограничитель напряжения 29 и сглаживающий фильтр 30 подается на стабилизатор питания 31 модуля интеллектуального мониторинга 6 воздушной линии электропередач.
Такое техническое решение обеспечивает мониторинг воздушной линии электропередач и оперативную передачу данных при обледенении проводов, попадании посторонних предметов на линию, «пляске» и обрыве проводов, а также данных о нагрузке линии и коротких замыканиях.