ИНДИКАТОР ПОВЕРХНОСТНОГО ПРОБОЯ ПОЛИМЕРНОГО ИЗОЛЯТОРА

Полезная модель относится к устройству для считывания и распознавания полимерных изоляторов.
Известен индикатор перекрытия полимерного изолятора (RU 190784 U1, МПК Н01Н 71/00, опубл. 12.07.2019 Бюл. №20), который крепится к арматуре рядом с проводом, находящимся под напряжением. При прохождении тока плавкая вставка разрушается, вызывая срабатывание пружины, которая поворачивает верхнюю часть сигнализирующего устройства на угол от 90° до 180° относительно нижней части сигнализирующего устройства.
Однако данный индикатор имеет следующие недостатки:
обнаружить пробой изолятора можно во время обхода только визуальным осмотром. В случае пробоя необходимо подняться на опору, продиагностировать состояние изолятора, вернуть в обратное положение сигнализирующее устройство и вставить в специальные пазы плавкую вставку, что требует специального обучения и подготовки;
работа на высоте является травмоопасной;
конструкция индикатора состоит из нескольких компонентов (кронштейна, двухкомпонентного сигнализирующего устройства с шарнирным соединением, снабженного пружиной, и плавкой вставки), которые связаны между собой механически. Под воздействием внешних и эксплуатационных факторов компоненты могут изменять свои конструкционные свойства. Крепление сигнализатора осуществляется с двух сторон изолятора, что требует больших трудозатрат при монтаже каждого изолятора.
Известен индикатор пробоя и/или перекрытия изолятора с патроном (RU 200741 U1, МПК G01R 31/08, опубл. 10.11.2020 Бюл. №31). На изоляторе индикатор удерживается крепежным элементом, который выполняет механическую и электропроводящую функцию. При прохождении тока происходит взрыв и сигнальный элемент падает под своим весом вниз.
Недостатком данного известного индикатора является то, что непосредственно около изолятора, происходит взрыв, который может разрушать поверхность изолятора. Срабатывание индикатора наблюдается только при визуальном осмотре во время обхода воздушной линии электропередачи, данная конструкция одноразовая и требует замены индикатора после разрушения.
Известен индикатор пробоя полимерного изолятора и полимерный изолятор с индикацией пробоя RU 2479057 С1, МПК Н01В 17/46, опубл. 10.04.2013. Бюл. №10). Особенностью индикатора пробоя является его разрушение при потере полимерным изолятором диэлектрической прочности.
Недостатком индикатора является то, что определить снижение диэлектрической прочности можно только непосредственным разрушением хрупкого термонапряженного материала. В некоторых вариантах предусматривается в качестве диэлектрического элемента применять закаленное стекло, которое может нанести травму при разрушении конструкции. Встраивание индикатора в изолятор существенно изменяет конструкцию и технологию изготовления изоляторов.
Известен индикатор перекрытия изоляторов воздушных линий электропередачи напряжением 6-1150 кВ (RU 2668992 С9, МПК Н01В 17/46, опубл. 05.10.2018 Бюл. №28), который представляет собой устройство, закрепляемое на металлической заземленной части изолятора или гирлянде в виде кронштейна, удерживающего маркер с электродом. При протекании тока короткого замыкания во время перекрытия изолятора под воздействием высокой температуры припой расплавляется, и маркер падает на землю.
Однако известный индикатор перекрытия изоляторов имеет следующие недостатки:
одноразовое применение маркера;
- пробой изоляторов можно обнаружить только визуально при обходе и осмотре оборудования.
Известен способ бесконтактного и дистанционного контроля состояния гирлянд изоляторов воздушных высоковольтных линий электропередачи (RU 2359280 С2, МПК G01R 31/12, опубл. 20.06.2009 Бюл. №17), в котором осуществляют прием электромагнитного излучения в ультракоротковолновом диапазоне, используя направленную антенну. В качестве электромагнитного детектора импульсов частичных разрядов применяют цифровой ультракоротковолновый приемник с частотной модуляцией радиосигнала. Сигнал поступает на индикатор, определяется среднее количество импульсов частичных разрядов и сравнивается со средней амплитудой импульсных частичных разрядов.
Недостатками данного способа являются трудоемкость и длительность контроля, так как для каждого изолятора, расположенного на протяженной линии электропередачи, требуется провести 5-10 циклов контроля. Кроме того, сложно определить превышение уровня параметров для гирлянд изоляторов, если данные уровни не нормированы, поскольку гирлянды могут формироваться различными типами подвесных изоляторов и иметь в самой гирлянде разное количество изоляторов.
Известен способ распознавания неисправного изолятора (RU 2542674 С1, МПК G06K 9/03, опубл. 20.02.2015 г. Бюл. №5), заключающийся в том, что модернизируют пассивную RFID-метку путем исключения из стандартной схемы RFID-метки токопроводящей линии антенны, расположенной параллельно микросхеме, создают базу данных по контролируемому участку, пикетаж, номер опоры с изоляторами, идентифицируют каждый изолятор путем прикрепления к нему модернизированной пассивной RFID-метки, присваивают индивидуальный код чипу ее микросхемы, а на передвижное транспортное средство устанавливают считыватель, содержащий приемно-передающее устройство и антенну, подсоединяют считыватель к компьютеру с соответствующим программным обеспечением, перемещают транспортное средство по контролируемому участку, непрерывно подают от считывателя через передающее устройство и антенну широкополосный зондирующий сигнал в сторону изоляторов с RFID-метками, принимают антенной и приемным устройством считывателя ответный сигнал от RFID-меток, определяют количество неответивших RFID-меток, обрабатывают результаты с помощью программного обеспечения, определяют местоположение поврежденных изоляторов, полученные данные выводят на монитор компьютера и передают на диспетчерский пункт.
Недостатком данного способа является то, что данный способ описан для всех видов изоляторов, но у каждого изолятора имеются свои особенности конфигурации и методы крепления изолятора к заземленной конструкции.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является устройство контроля состояния полимерных изоляторов (Патент RU 2688752 С1, МПК G01R 31/08, G06K 19/077, опубл. 22.05.2019, бюл. №15), в котором в качестве индикатора используют RFID-метку, включающую гибкую ламинированную подложку прямоугольной формы, на которой закреплена антенна с геометрической модификацией изгиба плеч диполя в виде меандра, а два вывода антенны присоединены к двум полосам антенного слоя, расположенного в виде полос по краям гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы. К изгибам плеч антенны без применения шунтирующего контакта контактными площадками прикреплен чип, причем каждый чип имеет свой индивидуальный код. Основная часть гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы прикреплена к оболочке полимерного изолятора нетокопроводящим клеем ближе к заземленной части конструкции полимерного изолятора, а обе полосы антенного слоя прикреплены токопроводящим клеем к электродам полимерных изоляторов. При этом концы полос антенного слоя смыкаются и индикатор принимает форму кольцеобразного электрода. Наличие прохождения тока по чипу свидетельствует о нарушении диэлектрического состояния полимерного изолятора, что фиксируется регистрирующим устройством.
Недостатком данного устройства является то, что метку можно закрепить только на полимерные изоляторы, имеющие встроенные электроды, что ограничивает возможности применения RFID-контроля. При этом внутренние пробои изоляторов происходят достаточно редко по сравнению с поверхностным пробоем или прикрытием изолятора, так как полимерные изоляторы имеют герметичное покрытие, которое защищает стержень и крепежные части оконцевателя. Тогда, как внешние факторы, такие как воздействие ультрафиолетового излучения, электромагнитного поля, климатические факторы, загрязнения химического и биологического характера значительно влияют на защитное покрытие и вызывают внешнее перекрытие и пробой изоляторов.
Техническая задача полезной модели заключается в создании индикатора поверхностного пробоя полимерного изолятора, установка которого возможна без вмешательства во внутреннюю конструкцию изолятора.
Технический результат - уменьшение времени на поиск места поверхностного пробоя или перекрытия полимерного изолятора.
Для решения технической задачи и достижения технического результата в индикаторе поверхностного пробоя полимерного изолятора, состоящем из RFID-метки, включающей гибкую ламинированную подложку прямоугольной формы, на которой закреплена антенна с геометрической модификацией изгиба плеч диполя в виде меандра, а два вывода антенны присоединены к двум полосам антенного слоя, расположенного в виде полос по краям гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы, к изгибам плеч антенны контактными площадками прикреплен чип, имеющий свой индивидуальный код, основная часть гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы прикреплена к оболочке полимерного изолятора ближе к заземленной части конструкции полимерного изолятора, при этом концы полос антенного слоя смыкаются и индикатор принимает форму кольцеобразного электрода, причем наличие прохождения тока по чипу свидетельствует о нарушении диэлектрического состояния полимерного изолятора, что фиксируется регистрирующим устройством, согласно полезной модели, полосы антенного слоя соединены между собой токопроводящей шунтирующей полосой, находящейся с краю ламинированной подложки, при этом одна полоса антенного слоя соединена с заземленным оконцевателем проводником, а вторая полоса антенного слоя зафиксирована на поверхности изолятора съемным кольцеобразным электродом, состоящим из двух частей, скрепленных между собой, причем внутренний диаметр кольцеобразного электрода равен диаметру стержня изолятора, покрытого защитной оболочкой, а внешний диаметр кольцеобразного электрода составляет не менее 10 мм.
Две части съемного кольцеобразного электрода скреплены между собой при помощи болтового соединения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема RFID-метки индикатора поверхностного пробоя полимерного изолятора, включающая ламинированную подложку прямоугольной формы 3; на фиг. 2 изображена собранная конструкция полимерного изолятора с индикатором поверхностного пробоя.
Индикатор поверхностного пробоя полимерного изолятора (фиг. 1) содержит RFID-метку, включающую гибкую ламинированную подложку 3 прямоугольной формы, на которой закреплена дипольная антенна 2 с геометрической модификацией изгиба плеч диполя в виде меандра. К изгибам плеч антенны 2 контактными площадками прикреплен чип 1, имеющий свой индивидуальный код. Антенна 2 имеет два вывода, при этом один вывод антенны 2 присоединен к одной полосе антенного слоя 4, а второй вывод - ко второй полосе антенного слоя 4. Две полосы антенного слоя 4 расположены параллельно друг другу по двум по краям гибкой ламинированной подложки 3. Между собой полосы антенного слоя 4 соединены токопроводящей шунтирующей полосой 5, располагающейся с краю ламинированной подложки 3. Ширину токопроводящей шунтирующей полосы 5 можно менять, путем ее отрезания края RFID-метки, уменьшая сечение проводника в зависимости от задаваемого тока уставки. Обе полосы антенного слоя 4 крепят токопроводящим клеем к электродам полимерных изоляторов, концы полос антенного слоя 4 смыкаются и индикатор принимает форму кольцеобразного электрода 10 (фиг. 2), что позволяет осуществлять контроль состояния полимерного изолятора по его поверхности. При этом одна полоса антенного слоя 4 соединена с заземленным оконцевателем 8 проводником 9, а вторая полоса антенного слоя 4 зафиксирована на поверхности изолятора 6 съемным кольцеобразным электродом 10, состоящим из двух частей, скрепленных между собой, причем внутренний диаметр кольцеобразного электрода равен диаметру стержня изолятора, покрытого защитной оболочкой, а внешний диаметр кольцеобразного электрода составляет не менее 10 мм. Ламинирование позволяет защитить RFID-метку от влияния внешних факторов: осадков, температуры окружающей среды, ветровых нагрузок, ультрафиолетовых лучей, поверхностных загрязнений. Крепление метки осуществляют клеевой основой, которая удерживает метку на полимерном изоляторе. При хранении клеевая основа метки покрыта защитной пленкой, которая легко снимается при монтаже метки на полимерный изолятор. Съемные конструкции кольцеобразного электрода 10 плотно обхватывают стержень изолятора 6, на котором закреплена RFID-метка 7, образуя надежный контакт между токопроводящей полосой антенного слоя 4 метки (фиг. 1) и внутренней поверхности съемного кольцеобразного электрода 10 (фиг. 2), благодаря соответствию размеров внутреннего диаметра съемного кольцеобразного электрода и диаметра стержня изолятора. При этом кольцеобразная форма электрода 10, не имеющая острых краев, с внешним диаметром не менее 10 мм выравнивает напряженность электрического поля изолятора 6, что снижает вероятность появления дорожек и треков на поверхности полимерного изолятора 6 и повышает надежность его работы. Съемные конструкции кольцеобразного электрода между собой могут соединяться болтовым или винтовым соединением, заклепками, могут склеиваться, свариваться между собой, съемные конструкции могут соединяться шпильками, штифтами, кабельными стяжками, хомутами или иным имеющимся способом или способом который может быть разработан в будущем.
По величине тока проходящего по токопроводящей шунтирующей полосе 5 (фиг. 1) определяют диэлектрическое состояние полимерного изолятора 6 путем регистрации считывающим устройством сигнала RFID-метки 7, чип 1 которой имеет неповторимый индивидуальный код.
При монтаже RFID-метку 7 прикрепляют на изогнутую поверхность изолятора 6 с малым радиусом кривизны за счет гибкой структуры ламинированной подложки 3 прямоугольной формы (фиг.1) RFID-метка 7 легко принимает форму изолятора 6 (фиг.2). Необходимо чтобы длины сторон RFID-метки 7, где располагаются полосы антенного слоя 4 (фиг.1), были больше окружности стержня изолятора 6 (фиг.2) минимум на 5 мм, что позволит, огибая по окружности поверхность стержня изолятора 6, замкнуть концы RFID-метки 7 внахлест, благодаря чему метка 7 не смещается и самостоятельно удерживается на изоляторе 6.
При снижении диэлектрической прочности или перекрытии изолятора создается разница потенциалов между заземленным оконцевателем 8 и съемным кольцеобразным электродом 10, и, через метку начинает протекать ток. При прохождении тока, превышающего заданный ток уставки, индикатор срабатывает - метка перегорает и не отвечает на сигналы считывателя, что фиксируется считывающим устройством.
Маркировка полимерного изолятора по индивидуальному неповторяющемуся номеру чипа 1 позволит автоматизировано осуществлять контроль состояния полимерного изолятора 6 на протяжении всего жизненного цикла. Индивидуальный номер индикатора позволит сформировать паспорт изолятора, который может содержать ряд сведений для анализа отказов: завод-изготовитель, тип изолятора, место хранения, транспортировка, монтаж, месторасположение, результаты технического обслуживания во время эксплуатации и др.
Таким образом, индикатор поверхностного пробоя может устанавливаться на поверхности изолятора без вмешательства в его внутреннюю конструкцию и обнаруживать прохождение поверхностного пробоя или перекрытия полимерных изоляторов как при включенной, так и при отключенной линии электропередачи, а благодаря маркировке изолятора автоматизированной системой RFID-контроля определяется точное местонахождение дефектного изолятора, что значительно сокращает время на поиск неисправности и ее устранение.