Фильтр присоединения с датчиком тока утечки конденсатора связи

Полезная модель относится к высокочастотной связи по проводам линий электропередачи, используемой в области энергетики.
Фильтр присоединения (ФП) предназначен для подключения аппаратуры высокочастотных каналов релейной защиты, противоаварийной автоматики, телефонной связи и передачи данных к фазным проводам воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ. Фильтр присоединения совместно с конденсатором связи представляет схему трансформаторного (автотрансформаторного) полосового фильтра. Каждая модификация фильтра рассчитана на работу в определенной полосе частот и с определенным конденсатором связи или емкостным трансформатором напряжения.
Использование конденсатора связи, подключенного к высоковольтной линии электропередачи, несёт в себе определенные риски технического, экономического характера, а также может угрожать жизни и здоровью обслуживающего персонала, ввиду возможности пробоя изоляции с последующим взрывом такого конденсатора связи. Вследствие такого взрыва может произойти повреждение имущества подстанции, возгорание, срабатывание защит на подключенной и других линиях, вывод из работы непосредственно канала связи, кроме того, осколки могут нанести тяжелые увечья обслуживающему персоналу, в том числе со смертельным исходом. Таким образом, актуальной является задача по раннему выявлению деградации изоляции конденсатора связи, с целью предотвращения аварийных ситуаций.
Известна система контроля состояния конденсаторов связи (патент на изобретение RU2675250 от 22.03.2018), включающая, по меньшей мере, один конденсатор связи, подключенный к линии электропередачи и фильтр присоединения, дополнительно содержит контроллер и, по меньшей мере, один датчик контроля конденсатора связи, причем количество датчиков соответствует количеству конденсаторов, конденсатор связи последовательно соединен с датчиком контроля конденсатора связи, с которым последовательно соединена вводная шпилька фильтра присоединения, а выводные клеммы датчика контроля конденсатора связи посредством соединительного кабеля соединены с аналоговым входом контроллера.
Известен датчик контроля конденсатора связи (патент на изобретение RU 2675248 от 22.03.2018), включающий входной и выходной разъемы, трансформатор, первичная обмотка которого посредством вводного разъема включается в разрыв между нижней обкладкой конденсатора связи и фильтром присоединения, диодный мост, к которому подключены выводы вторичной обмотки трансформатора, первый резистор и два конденсатора, соединенные параллельно и подключенные к выводам диодного моста, второй и третий резисторы, формирующие выходной ток, один из которых является подстроечным резистором, вторые выводы которых подключены к контактам выходного разъема.
К недостаткам следует отнести необходимость адаптации действующих фильтров присоединения, для подключения датчиков контроля конденсатора связи.
Известен фильтр присоединения высокочастотных каналов связи к линиям высокого напряжения (патент на полезную модель RU 6485 от 10.04.1997), состоящий из автотрансформатора, один из выводов обмотки которого соединен с конденсатором связи, а другой заземлен, автотрансформатор совместно с конденсатором связи образуют Г-образный полосовой фильтр, полоса пропускания которого определяется емкостью конденсатора и индуктивностью автотрансформатора.
К недостаткам следует отнести отсутствие средств контроля емкости конденсатора связи, и, как следствие, высокая аварийность на энергообъектах из-за полного разрушения конденсаторов связи в результате пробоя его элементов.
Наиболее близкими к предлагаемому решению являются фильтр присоединения с интегрированным датчиком контроля конденсатора связи (патент на изобретение № RU 2713161 от 11.07.2019 г.), состоящий из трансформатора, один из выводов обмотки которого соединен с конденсатором связи, а другой заземлен, трансформатор снабжен дополнительной отдельной обмоткой, к которой подключен датчик контроля конденсатора связи.
К недостаткам следует отнести сложную схему выполнения, а также возможное влияние на характеристики фильтра присоединения за счет дополнительной обмотки трансформатора, что может привести к неработоспособности канала связи, а также необходимость адаптации действующих фильтров присоединения для подключения датчиков контроля конденсатора связи. Техническая задача - создание фильтра присоединения, обеспечивающего высокую эксплуатационную надежность в течение длительного времени.
Техническая задача - создание фильтра присоединения, обеспечивающего высокую эксплуатационную надежность в течение длительного времени.
Технический результат - высокая эксплуатационная надежность в течение длительного времени.
Высокая эксплуатационная надежность достигается за счет обеспечения возможности контроля конденсатора связи без влияния на характеристики фильтра присоединения при одновременном исключении влияния на его работу механических и электрических факторов.
Поставленная задача решается тем, что заявляемый фильтр присоединения, состоящий из дренажной катушки, размещенной в корпусе, выполненном из диэлектрического материала, с датчиком тока утечки конденсатора связи,  один вывод дренажной катушки выполнен с возможностью электрического соединения с конденсатором связи, другой вывод заземлен. Датчик тока утечки представлен индикатором тока прямого провода в виде катушки индуктивности с воздушным сердечником, установлен внутри корпуса на проводе дренажной катушки, соединенным с землей, а его выходы  выполнены с возможностью электрического соединения с измерительным устройством.
Особенностью заявляемой конструкции является то, что внутри корпуса заявляемого фильтра присоединения на земляном проводе дренажной катушки закреплен датчик тока утечки, представляющий собой индикатор тока прямого проводника, рассчитанного на промышленную частоту тока в электрической сети, и не влияет на настройки самого фильтра, частота которого начинается от 16 кГц.
Заявляемый фильтр присоединения отличается от прототипа следующими признаками:
в качестве датчика тока утечки конденсатора связи содержит датчик тока прямого провода;
индикатор тока выполнен в виде катушки индуктивности с воздушным сердечником;
индикатор тока размещен на земляном проводе дренажной катушки фильтра присоединения;
дренажная катушка и индикатор тока в виде катушки индуктивности с воздушным сердечником размещены в корпусе, выполненном из диэлектрического материала;
выходы индикатора тока выполнены с возможностью электрического соединения с измерительным устройством.
Наличие вышеизложенных отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявленной полезной модели критерию «новизна».
В качестве дренажной катушки может быть использованы, например, промышленно, выпускаемые из провода ПЭТВ-1,2 воздушного типа, рассчитана на прохождение без потерь тока промышленной частоты и по индуктивности совместно с конденсатором связи настроена на частотный диапазон фильтра присоединения.
В качестве диэлектрического материала изготовления корпуса и вспомогательных крепежных элементов (угольников) может быть использован, например, стеклотекстолит или аналогичные известные для этих целей материалы. Использование диэлектрического материала исключает возможность механических повреждений, воздействия влаги и воздуха на нормальную работу фильтра присоединения, препятствует искажению показаний датчика тока утечки конденсатора связи.
В качестве индикатора тока, выполненного в виде катушки индуктивности с воздушным сердечником, могут быть использованы промышленно выпускаемые катушки из обмоточного провода с индуктивностью несколько Гн, для возможности работы на токе промышленной частоты.
В качестве измерительного устройства может использоваться, например, модуль ввода аналоговых сигналов ЭНМВ-3 с чувствительным аналоговым входомс диапазоном измерения -75…0…+75 мВ.
Заявляемое устройство может быть изготовлено известными способами из известных элементов с использованием известных материалов, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».
Заявляемый фильтр присоединения с датчиком тока утечки конденсатора связи поясняется следующими иллюстрациями.
На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема работы фильтра присоединения с датчиком тока утечки конденсатора связи представленного индикатором тока в виде катушки индуктивности с воздушным сердечником.
На фиг. 2 схематично показано конструктивное выполнение заявляемого фильтра присоединения с датчиком тока утечки конденсатора связи.
На представленных схемах, поясняющих заявляемую конструкцию, приняты следующие условные обозначения:
где 1 - вход с линии электропередачи
2 - конденсатор связи
3 - дренажная катушка фильтра присоединения
4 - вывод от дренажной катушки на конденсатор связи
5 - вывод от дренажной катушки на землю
6 - индикатор тока в виде катушки индуктивности с воздушным сердечником
7 - земля
8 - выход индикатора тока на измерительное устройство
9 - задняя стенка корпуса фильтра присоединения
10 - угольники для крепления дренажной катушки и индикатора электромагнитного поля в виде катушки индуктивности с воздушным сердечником
11 - болты для крепления к корпусу
12 - клеммник
Заявляемый фильтр присоединения состоит из закрепленной внутри корпуса 9, выполненного из стеклотекстолита, на его задней стенке через угольники 10, выполненные из стеклотекстолита, дренажной катушки 4, электрически соединенной, с одной стороны посредством первого  вывода 3 с конденсатором связи 2. С другой стороны, дренажная катушка 4 содержит второй вывод 5, предназначенный для соединения с землей 7. Внутри корпуса 9 размещен датчик тока утечки, представляющего собой индикатор тока в виде катушки индуктивности 6 с воздушным сердечником. Катушка индуктивности 6 с воздушным сердечником закреплена через угольники 10 на задней стенке корпуса 9 посредством крепежных элементов в виде болтов 11 по продольной оси электромагнитного поля, создаваемого вторым выводом 5 дренажной катушки 4. Дренажная катушка 4 и катушка индуктивности с воздушным сердечником 6 зафиксированы внутри корпуса 9, при этом второй вывод 5 дренажной катушки 4 проходит сквозь катушку индуктивности 6 с воздушным сердечником на клеммник 12 и соединен с землей 7. Клеммник 12 также крепится к задней стенке корпуса 9 при помощи болтов 11. Выход 8 катушки индуктивности 6 с воздушным сердечником соединен с измерительным устройством (не показано). Измерительное устройство осуществляет измерение силы тока и может быть представлено, например модулем ввода аналоговых сигналов с чувствительным аналоговым входом ЭНМВ-3 с диапазоном измерения -75…0…+75 мВ.
Заявляемый фильтр присоединения работает следующим образом.
При протекании через дренажную катушку 4 тока промышленной частоты, обусловленного реактивным сопротивлением конденсатора связи 2, вокруг второго вывода 5 дренажной катушки 4 на землю 7, возникает электромагнитная индукция в соответствии с законом Фарадея. Вокруг второго вывода 5 возникает электромагнитное поле тока промышленной частоты, а при размещении второго вывода 5 внутри катушки индуктивности 6 с воздушным сердечником, возникает переменное напряжение тока промышленной частоты, которое измеряется в измерительном устройстве на выходе 8. По измеренному переменному напряжению с катушки индуктивности 6 с воздушным сердечником, выполняющей функцию датчика тока утечки, определяется ток утечки конденсатора связи 2, а также можно судить об увеличении емкости конденсатора связи 2 и выходе его за установленные пределы.
Заявляемое устройство позволяет обеспечить достижение заявленного технического результата за счет:
измерения тока утечки конденсатора связи на дренажной катушке фильтра присоединения осуществляется бесконтактным способом, то есть не требуется изменение конструкции фильтра присоединения, а также минимизировано влияние на характеристики (затухание несогласованности, рабочее затухание) непосредственно фильтра присоединения;
использование малого количества элементов схемы, вследствие чего увеличивается надежность ее работы;
отсутствие необходимости применения прецизионных эталонных элементов для измерения тока.
Заявляемый фильтр присоединения с датчиком тока утечки конденсатора связи обеспечивает возможность контроля конденсатора связи без влияния на характеристики фильтра присоединения за счет измерения тока в проводе, соединенным с землей и отсутствия вмешательства в конструкцию дренажной катушки, а также отсутствия гальванической связи, механической и электрической изоляции от влияния внешних факторов на дренажную катушку и датчика тока утечки конденсатора связи, что обуславливает высокую эксплуатационную надежность фильтра присоединения в течение длительного времени.