АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ И КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

Предполагаемая полезная модель относится к электротехнике, к контрольно-измерительной технике, предназначенной для диагностирования состояния изоляции и выявления типа дефекта в силовых кабельных линиях 0,4-35 кВ.
Известно устройство для диагностирования состояния изоляции силового кабеля (патент РФ №45193, МПК 7 G01R 31/02 от 27.04.2005г.), содержащее блок питания с входом в электросеть, блок широтно-импульсного модулятора, инвертор, высоковольтный блок, блок измерения выходного напряжения.
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками полезной модели:
1) блок измерения выходного напряжения (в заявленной полезной модели- блок датчика тока нулевой последовательности);
2) датчиком тока (в заявленной полезной модели- датчик тока нулевой последовательности).
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является: погрешность выходного напряжения инвертора, выход которого соединен с входом широтно-импульсного модулятора посредством датчика тока нулевой последовательности, являющимся нелинейным элементом в цепи обратной связи, что приводит к искажению формы выходного напряжения, а, следовательно, к погрешности в диагностировании изоляции силового кабеля.
Известно устройство определения расстояния до места однофазного замыкания на землю воздушных линий электропередачи (патент РФ №40266, МПК 7 В60М 3/00 от 10.09.2004г.), состоящее из включенных последовательно заземлителя подстанции, гармонического источника электроэнергии и датчика тока, подключаемых через коммутирующий аппарат к поврежденному фазному проводу воздушной линии, между источником и датчиком дополнительно включен конденсатор переменной емкости, при этом частота источника энергии настроена в резонанс напряжений с индуктивностью фазного провода.
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками полезной модели:
1) датчик тока (в заявленной полезной модели-датчик тока нулевой последовательности).
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является: непостоянство условия резонанса напряжений в электрической цепи, которое зависит от соотношения между частотой источника, переменной емкостью конденсатора и общей индуктивностью, включающей индуктивность фазного провода и динамически изменяющуюся индуктивность присоединения, что приводит к погрешностям при определении расстояния до места замыкания.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство централизованной защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью (патент РФ №88859, МПК 02Н 3/16 от 20.11.2009г.), содержащее по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, два измерительных трансформатора напряжения нулевой последовательности, первичные обмотки которых подключены к двум секциям сборных шин питающей подстанции, а обмотки "разомкнутый треугольник" соединены с входом устройства сопряжения по напряжению, устройства сопряжения по числу защищаемых линий, включающие в себя датчик тока нулевой последовательности и выходное реле, блоки оцифровки сигнала по числу защищаемых линий и трансформаторов напряжения, микроконтроллер, блок индикации и управления.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками полезной модели:
1) по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности;
2) измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности;
3) устройство сопряжения по напряжению (в заявленной полезной модели-датчик напряжения нулевой последовательности);
4) устройства сопряжения по числу защищаемых линий (в заявленной полезной модели-датчики тока нулевой последовательности);
5) микроконтроллер;
6) блок индикации и управления (в заявленной полезной модели-персональный компьютер).
Причиной препятствующей достижению технического результата, является: устройство предназначено для выявления уже сложившихся повреждений в силовых кабельных линиях и не способно прогнозировать с достаточной точностью время повреждения кабельной линии, а так же определять расстояние до дефекта и сопротивление данного дефекта.
Задача предполагаемой полезной модели - отыскание повреждений, оценка состояния силовых кабельных линиях, благодаря определению сопротивления дефекта и расстояния до дефекта, прогнозирование намечающегося повреждения кабельной линии.
Технический результат достигается тем, что в устройство введены преобразователь интерфейсов, блок питания микроконтроллера, выходы трансформаторов тока нулевой последовательности соединены с входами соответствующих датчиков тока нулевой последовательности, соответствующие выходы датчиков тока нулевой последовательности соединены с первыми входами микроконтроллера, выход трансформатора напряжения нулевой последовательности соединен с входом датчика напряжения нулевой последовательности, выход датчика напряжения нулевой последовательности соединен со вторыми входами микроконтроллера, преобразователь интерфейсов соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход микроконтроллера соединен с блоком питания, вход персонального компьютера соединен с выходом преобразователя интерфейсов; также тем, что блоки датчиков тока нулевой последовательности содержат резистивный элемент, операционный усилитель, выходы которого подключены к соответствующему первому входу микроконтроллера, а вход соединен с резистивным элементом, вход которого соединен с выходом трансформатора тока нулевой последовательности, блок датчика напряжения нулевой последовательности содержит выпрямитель, резистивный элемент, операционный усилитель, выходы которого подключены к второму входу микроконтроллера, а вход соединен с резистивным элементом, вход которого соединен с выпрямителем, выход трансформатора напряжения нулевой последовательности соединен с входом выпрямителя.
Для достижения технического результата в автоматизированную систему диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий, содержащую по числу присоединений трансформаторы тока нулевой последовательности, датчики тока нулевой последовательности, измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, датчик напряжения нулевой последовательности, микроконтроллер, персональный компьютер, введены преобразователь интерфейсов, блок питания микроконтроллера, выходы трансформаторов тока нулевой последовательности соединены с входами соответствующих датчиков тока нулевой последовательности, соответствующие выходы датчиков тока нулевой последовательности соединены с первыми входами микроконтроллера, выход трансформатора напряжения нулевой последовательности соединен со входом датчика напряжения нулевой последовательности, выход датчика напряжения нулевой последовательности соединен со вторыми входами микроконтроллера, преобразователь интерфейсов соединен с первым выходом микроконтроллера, второй выход микроконтроллера соединен с блоком питания, вход персонального компьютера соединен с выходом преобразователя интерфейсов; также отличающаяся тем, что блоки датчиков тока нулевой последовательности содержат резистивный элемент, операционный усилитель, выходы которого подключены к соответствующему первому входу микроконтроллера, а вход соединен с резистивным элементом, вход которого соединен с выходом трансформатора тока нулевой последовательности, блок датчика напряжения нулевой последовательности содержит выпрямитель, резистивный элемент, операционный усилитель, выходы которого подключены к второму входу микроконтроллера, а вход соединен с резистивным элементом, вход которого соединен с выпрямителем, выход трансформатора напряжения нулевой последовательности соединен с входом выпрямителя.
На фигуре приведена схема автоматизированной системы диагностики и контроля состояния изоляции силовых кабельных линий, на которой обозначены: 1,3,5-трансформаторы тока нулевой последовательности; 2,4,6-датчики тока нулевой последовательности; 7-трансформатор напряжения нулевой последовательности; 8-датчик напряжения нулевой последовательности; 9-микроконтроллер; 10-блок питания; 11-преобразователь интерфейсов, 12-персональный компьютер.
Трансформаторы тока нулевой последовательности 1,3,5 соединены с датчиками тока нулевой последовательности 2,4,6, которые соединены с микроконтроллером 9, трансформатор напряжения 7 соединен с датчиком напряжения нулевой последовательности 8, датчик напряжения нулевой последовательности 8 и преобразователь интерфейсов 11 соединен с микроконтроллером 9, второй выход микроконтроллера соединен с блоком питания 10, вход персонального компьютера 12 соединен с преобразователем интерфейсов 11.
Работает устройство следующим образом. Трансформаторы тока нулевой последовательности 1,3,5 измеряют уровень тока нулевой последовательности в контролируемом присоединении, датчики тока нулевой последовательности 2,4,6 считывают информацию о состоянии изоляции силовой кабельной линии (амплитуда и фаза тока нулевой последовательности), трансформатор напряжения нулевой последовательности 7 передает информацию датчику напряжения нулевой последовательности 8 о напряжении в кабельной линии. Данные о состоянии кабельной линии передаются в микроконтроллер 9, который запитывается от блока питания 10, в микроконтроллере полученные данные сравниваются с допустимой амплитудой вектора ТНП и, если имеет место превышение ее значения, определяется угол между вектором ТНП и вектором межфазного напряжения, в результате чего определяется, соответствует ли возникший ток дефекту изоляции и, если не соответствует, то произошло замыкание на землю. По значению этого угла с заданными диапазонами определяется, в какой из фаз произошел дефект. Полученные данные проходят обработку в математической модели, и система определяет расстояние до дефекта и сопротивление дефекта или, если дефект только намечается, система прогнозирует время, через которое случится пробой. Данные через преобразователь интерфейсов 11 передаются на ПК 12, на котором отображаются в виде зависимости амплитуды вектора ТНП от времени с окном прогнозирования дефекта, а так же в виде таблицы данных (расстояние до дефекта, сопротивление дефекта, амплитуда вектора ТНП, тип дефекта, фаза дефекта).
Устройство позволяет определить расстояние до места локального дефекта изоляции и сопротивление этого дефекта без отключения оборудования по изменению параметров рабочего режима электрооборудования, а так же прогнозировать появление дефектов в силовых кабельных линиях.