УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ИЗОЛЯТОРА
APPARATUS FOR DIAGNOSING THE TECHNICAL CONDITION OF A HIGH-VOLTAGE INSULATOR

Изобретение относиться к области электроизмерительной техники и может быть использовано для дистанционного контроля рабочего состояния высоковольтных изоляторов на основе измерения и анализа характеристик СВЧ - мультипакторного разряда.
Известно устройство, реализующее способ бесконтактного и дистанционного контроля электропрочности гирлянд изоляторов воздушных высоковольтных линий электропередачи (см. RU 2058559 С1, 20.04.1996), содержащее антенну метрового диапазона длин волн, первый и второй усилители, полосовой фильтр, детектор, устройство индикации, антенну с узкой диаграммой направленности гигагерцового диапазона волн, приемопередатчик, первый и второй фильтры, коррелятор, устройство обработки сигналов, индикатор и антенну, осуществляющую прием сигнала промышленной частоты. Работа этого устройства сводиться к тому, что сначала сигналом устройства индикации, прошедшим через антенну метрового диапазона, первый усилитель, полосовой фильтр и детектор, определяют опору линии электропередачи, содержащую гирлянду, потерявшую прочность. Затем формируют приемопередатчиком СВЧ-излучение в диапазоне 3-30 ГГц и через антенну с узкой диаграммой направленности облучают последовательно гирлянды изоляторов, принимают отраженный сигнал, при этом о неисправной гирлянде судят (показания индикатора) по появляющейся взаимосвязи между характеристиками СВЧ-сигналов, отраженных от гирлянды, сигналов ВЧ-излучения метрового диапазона волн и сигналов высокого напряжения промышленной частоты (антенна, принимающая сигнал промышленной частоты) приложенного к гирляндам изоляторов.
Недостатком этого известного устройства можно считать сложность процедуры, связанную с поиском гирлянды, потерявшей электропрочность и определением гирлянды, содержащей элемент, потерявший электропрочность, а также ошибку при стробировании по времени амплитуды отраженного СВЧ-сигнала от гирлянды и напряженности поля линии электропередачи промышленной частоты из-за ее изменения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, является принятое автором за прототип устройство для диагностики состояния высоковольтных изоляторов (см. RU 2726305 С1, 13.07.2020), содержащее источник сигнала, передающую электромагнитную антенну, круглый волновод с первым, закрывающим и открывающим торцом и вторым закрывающим торцом, приемную электромагнитную антенну, амплитудный детектор, усилитель, индикатор и измеритель выходного мощности. В данном устройстве на использовании эффекта СВЧ-мультипакторного разряда, представляющего собой явление в радиочастотных устройствах, в которых при определенных условиях, вторичная электронная эмиссия в резонансе с переменным электрическим полем приводит к экспоненциальному размножению электронов, приводящих к повреждению (разрушению) радиочастотного устройства, мультипакторный разряд на поверхности высоковольтного изолятора в волноводе, приводящий к ослаблению СВЧ-мощности на выходе волновода, дает возможность получить информацию о состоянии изоляторов.
К недостатку этого известного устройства можно отнести погрешность в выявлении дефектности высоковольтного изолятора из-за сложности идентифицирования мощности выходного сигнала, используемой для диагностики контролируемого изделия.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение степени диагностики технического состоянии высоковольтного изолятора.
Технический результат достигается тем, что в устройство для диагностики технического состояния высоковольтного изолятора, содержащее первый источник электромагнитного сигнала, первый элемент ввода электромагнитного сигнала, первый элемент вывода электромагнитного сигнала, первый амплитудный детектор и индикатор, введены второй источник электромагнитного сигнала, второй элемент ввода электромагнитного сигнала, второй элемент вывода электромагнитного сигнала, второй амплитудный детектор, блок вычитания сигналов, первый и второй цилиндрические объемные резонаторы со съемными торцами, причем выход первого источника электромагнитного сигнала через первый элемент ввода электромагнитного сигнала подключен к входу первого цилиндрического объемного резонатора, выход которого через первый элемент вывода электромагнитного сигнала соединен с входом первого амплитудного детектора, выход последнего подключен к первому входу блока вычитания сигналов, выход второго источника электромагнитного сигнала через второй элемент ввода электромагнитного сигнала подключен к входу второго цилиндрического объемного резонатора, выход которого через второй элемент вывода электромагнитного сигнала соединен с входом второго амплитудного детектора, выход последнего подключен к второму входу блока вычитания, выход блока вычитания соединен с входом индикатора.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, слежение за разностным сигналом, формируемым в результате возникновения СВЧ мультипактора в двух идентичных объемных цилиндрических резонаторах с опорным и исследуемым высоковольтными изоляторами, дает возможность произвести диагностику технического состояния изолятора.
Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу диагностики технического состояния высоковольтного изолятора посредством слежения за разностным сигналом, формируемым в результате возникновения СВЧ мультипактора в двух идентичных объемных цилиндрических резонаторах с опорным и исследуемым высоковольтными изоляторами, т.е. повысить степень диагностики технического состоянии высоковольтного изолятора.
На чертеже приведена функциональная схема устройства.
Устройство содержит первый источник электромагнитного сигнала 1, первый цилиндрический объемный резонатор со съемными торцами 2, первый элемент ввода электромагнитного сигнала 3, первый элемент вывода электромагнитного сигнала 4, первый амплитудный детектор 5, второй источник электромагнитного сигнала 6, второй цилиндрический объемный резонатор со съемными торцами 7, второй элемент ввода электромагнитного сигнала 8, второй элемент вывода элктромагнитного сигнала 9, второй амплитудный детектор 10, блок вычитания сигналов 11 и индикатор 12. Цифрами 13 и 14 на фигуре соответственно обозначены эталонный бесдефектный высоковольтный изолятор и диагностируемый (дефектный) высоковольтный изолятор.
Работа предлагаемого устройства основывается на эффекте СВЧ - мультипакторного разряда в двух идентичных цилиндрических объемных резонаторах и оно работает следующим образом. Благодаря съемным торцам, в первый резонатор 2 помещают эталонный бесдефектный высоковольтный изолятор 13, а во второй резонатор 7 - например, дефектный высоковольтный изолятор 14. После этого сверхвысокочастотные сигналы с первого источника электромагнитного сигнала 1 и второго источника электромагнитного сигнала 6 с помощью первого элемента ввода электромагнитного сигнала 3 и второго элемента ввода электромагнитного сигнала 8 направляют в замкнутую полость первого резонатора с эталонным бесдефектным высоковольтным изолятором и второго резонатора с дефектным высоковольтным изолятором. Далее изменением частот электромагнитных колебаний, поступающих в первый резонатор и второй резонатор, достигают режим резонанса в указанных резонаторах. Наличие факта резонанса в этом случае производится детектированием выходных сигналов первого элемента вывода электромагнитного сигнала 4 в первом амплитудном детекторе 5 и второго элемента вывода электромагнитного сигнала 9 во втором амплитудном детекторе 10 соответственно. Для определения резонансной частоты может быть использован измеритель амплитудно-частотных характеристик (АЧХ), подключенный к выходам первого детектора и второго детектора. Измеритель амплитудно-частотных харакеристик на фигуре не показан.
д
Как известно из теории цилиндрических объемных замкнутых резонаторов, при резонансе, в их полости образуется стоячая волна с пучностями и узлами амплитуды. В силу этого начало недефектного и дефектного изоляторов, по линии распространения волны, должно располагается в пучности указанной волны, т.е. в области пространства полости резонаторов с максимальным значением амплитуды стоячей волны. Согласно данному устройству в режиме резонанса в первом резонаторе и втором резонаторе, выходную мощность первого источника электромагнитного сигнала и второго источника электромагнитного сигнала плавно увеличивают и отслеживают изменение выходного сигнала блока вычитания сигналов 11. Одновременное увеличение выходных сигналов (мощностей) двух источников сигналов обусловит синхронное уменьшение разностного выходного сигнала ΔU блока вычитания. В данном случае учитывая, что дефектный изолятор по теплостойкости уступает недефектному, мультипактор на поверхности дефектного изолятора возникнет раньше по времени чем на поверхности недефектного изолятора. В итоге мультипактор во втором резонаторе приведет к нарушению в нем резонанса и значительному уменьшению снимаемого с выхода этого резонатора электромагнитного сигнала. Согласно работе данного устройства после возникновения мультипактора во втором резонаторе, рост выходных мощностей источников приостанавливают. Благодаря этому разностный выходной сигнал ΔU резко возрастет из -за скачкообразного уменьшения выходного сигнала второго амплитудного детектора. Следовательно, значение разностного сигнала ΔU, отображенное в индикаторе 12, принимается как предельное значение, характеризующее дефектность изолятора.
В устройстве определение предельного значения разностного сигнала, соответствующего целостности изолятора, сводится к тому, что после мультипактора во втором резонаторе, отключают второй источник и удаляют из второго резонатора бракованный изолятор. Увеличивают остановленную выходную мощность первого источника и производят слежение за мультипактором в первом резонаторе с недефектным изолятором. Дальнейшее увеличение указанной мощности синхронно приведет к росту выходного сигнала блока вычитания из-за нулевого сигнала на его втором входе.
нд
нд
д
д
д
нд
Возникновение мультпактора (преднамеренно) на поверхности недефектного изолятора, благодаря росту мощности на входе первого резонатора, будет сопряжено с резким уменьшением выходного сигнала блока вычитания (нарушение режима резонанса в первом резонаторе), которое принимается как предельное значение и обозначим его как ΔU. Вычисление этого сигнала в данном устройстве осуществляется посредством индикатора 12. Здесь нетрудно заметить, что ΔU<ΔU. Исходя из этого получаем, что проведение диагностики высоковольтного изолятора, согласно предлагаемому техническому решению, предусматривает помещение недефектного (опорный) изолятора в первый резонатор, а исследуемый (неизвестный по дефекту) - во второй резонатор и отслеживание изменения разностного выходного сигнала блока вычитания при соответствующими манипуляциями, связанными с возбуждением резонаторов и возникновением мультипактора во втором резонаторе с исследуемым изолятором. При этом если величина разностного выходного сигнала окажется равной или больше ΔU, то исследуемый изолятор можно считать бракованным, а при других значениях (меньше ΔU, но недостигшей ΔU) - небракованным.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении не основе СВЧ мультипактора в двух идентичных цилиндрических объемных резонаторах с дальнейшим слежением за разностном сигналом, можно обеспечить диагностику технического состояния высоковольтных изоляторов.
Данное устройство помимо диагностики высоковольтных изоляторов, успешно может быть использовано, например, в плазменной технологии для определения тепловой и электрической стойкости алмазных пластин, применяемых в производстве микро - и наноэлектронных устройств.