Шкаф отбора напряжения (ШОН) с интегрированным датчиком контроля конденсатора связи
VOLTAGE SAMPLING CABINET (VSC) WITH INTEGRATED COMMUNICATION CAPACITOR MONITORING SENSOR

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля состояния конденсаторов связи на энергообъектах, может быть использовано для определения начала процесса разрушения конденсатора связи и своевременной его замены.
Из существующего уровня техники известно устройство для измерения емкости конденсатора (патент на изобретение № RU2173859 от 10.11.2000), содержащее источник напряжения переменного тока, один вывод которого соединен с общей шиной, а второй вывод подключен через разделительный конденсатор к первым выводам первой и второй пар последовательно соединенных диодов, причем первая и вторая пары диодов включены встречно, точка соединения диодов первой пары подключена квыводу образцового конденсатора, точка соединения диодов второй пары подключена к выводу измеряемого конденсатора, а вторые выводы образцового и измеряемого конденсаторов подключены к общей шине; последовательно соединенные первый накопительный конденсатор и первый резистор, подключенные к выводу разделительного конденсатора и общей шине, и фильтр низкой частоты из последовательно соединенных резистора и конденсатора, который включен между выводом разделительного конденсатора и общей шиной. Особенностью является то, что в него введены дополнительный второй накопительный конденсатор, соединенный параллельно со второй парой диодов; дополнительный второй резистор, соединенный между вторым выводом второй пары диодов и общей шиной; и дополнительный выходной резистор, включенный между точкой соединения резистора и конденсатора фильтра низкой частоты и общей шиной; при этом точка соединения первого накопительного конденсатора и первого резистора соединена со вторым выводом первой пары диодов.
Однако данное устройство не применимо для определения начала процесса разрушения конденсатора связи на действующем на энергообъекте, а предназначено только для расширения диапазона измерения емкости и повышения чувствительности измерения.
Известен датчик контроля конденсатора связи (патент на изобретение № RU2675248 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  разъёма. Также 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, отличающаяся тем, что 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.
Недостатком описанных аналогов является необходимость адаптации действующих фильтров присоединения, для подключения датчиков контроля конденсатора связи.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является шкаф отбора напряжения (ШОН) предназначенный для отбора напряжения от конденсаторов связи на существующих и проектируемых ЛЭП с номинальным напряжением от 35 до 750 кВ переменного тока частоты 50 и 60 Гц. ШОН содержит два трансформатора ТОН, предназначенных один для питания приборов синхронизма, другой для питания реле контроля синхронизма и напряжения. В ШОН также устанавливается конденсатор, два проходных зажима, дроссель и рубильник. (http://electra-hvac.ru/rashifrovka-shon.html, http://www.zvo.ru/nku/711-shon-301s.html?showall=1, http://www.uznteh.ru/shkafyotboranapryazheniya ).Известен также способ диагностики и мониторинга технического состояния конденсаторов связи под рабочим напряжением (патент на изобретение № RU2680160 от 29.03.2017), включающий определение значения емкости конденсатора связи перед вводом в работу, измерение значения емкостного тока, протекающего через конденсатор связи под рабочим напряжением, и рабочего напряжения сети в режиме реального времени, расчет величины емкости конденсатора связи по измеренным значениям тока и напряжения, сравнение полученной величины емкости со значением емкости конденсатора связи, определенным перед вводом в работу, осуществление диагностики и мониторинга технического состояния объекта, при этом значение емкости рассчитывают и сравнивают постоянно в режиме реального времени так, что в процессе измерения высокочастотный канал связи находится в работе. Реализация способа осуществляется также с использованием описанных ШОН. Измерение величины тока производится на не используемых клеммах вторичной обмотки, одного из двух штатно установленных трансформаторов тока типа ТОН. Первичный ток, протекающий через конденсатор определяется приложенным напряжением, числом и емкостью элементов. Величина тока в первичной обмотке ТОН равна произведению значений величины измеренного тока во вторичной обмотке и рабочего коэффициента трансформации, который определяется перед вводом в работу ШОН (в соответствии с требованием технической документации на ШОН). Через контрольный кабель, присоединенный к клеммам вторичной обмотки ТОН, подключается многофункциональный измерительный преобразователь параметров электрической сети, смонтированный в электротехническом шкафу.
Недостатком прототипа является необходимость адаптации ШОН, для подключения датчиков контроля конденсатора связи по типу датчика, описанного в патенте на изобретение № RU2675248 от 22.03.2018.
Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение процесса контроля состояния конденсаторов связи за счет создания шкафа отбора напряжения (ШОН) с интегрированным датчиком контроля конденсатора связи.
Для достижения указанного технического результата предлагается шкаф отбора напряжения (ШОН), вход которого, подключается к выходу конденсатора связи, а выход – к фильтру присоединения, включающий два трансформатора, предназначенных один для питания приборов синхронизма, другой для питания реле контроля синхронизма и напряжения, причем один из трансформаторов снабжен дополнительной отдельной обмоткой, к которой подключен датчик контроля конденсатора связи, состоящий из диодного моста, к которому подключены выводы дополнительной отдельной обмотки трансформатора ШОН, первого резистора и двух конденсаторов, соединенных параллельно и подключенных к выводам диодного моста, второго резистора, формирующего выходной ток, выходного разъема, к контактам которого подключен выход датчика.
ВШОН также устанавливается конденсатор, дроссель и рубильник.
Датчик контроля конденсатора связи осуществляет постоянное измерение силы тока, протекающего через конденсатор связи, увеличение которого свидетельствует об увеличении емкости конденсатора связи. Сигнал от датчика по соединительным кабелям поступает в контроллер, в контроллере сигнал оцифровывается и выполняются расчеты с отображением полученных результатов.
Принципиальная схема ШОН с интегрированным датчиком контроля конденсатора связи приведена на фигуре 1, где:
КТ1 - вход ШОН, подключается к выходу конденсатора связи;
КТ2- выход ШОН, подключается к фильтру присоединения;
Т1, Т2 - трансформаторы;
X1-X4 - выходы трансформаторов Т1 и Т2;
X5 - выход датчика контроля конденсатора связи
FV1 – разрядник;
С1- конденсатор;
SA1 - рубильник;
L1 - дроссель;
ДККС - датчик контроля конденсатора связи.
Шкаф отбора напряжения (ШОН) имеет вход КТ1, подключенный к выходу конденсатора связи (на фигуре не показан), выход КТ2, подключенный к фильтру присоединения (на фигуре не показан), включает конденсатор С1, дроссель L1, рубильник SA1, два трансформатора Т1, Т2, предназначенных один для питания приборов синхронизма, другой для питания реле контроля синхронизма и напряжения, а трансформатор Т2 снабжен дополнительной отдельной обмоткой, к которой подключен датчик контроля конденсатора связи ДККС, состоящий из диодного моста (на фигуре не показан), к которому подключены выводы дополнительной отдельной обмотки трансформатора ШОН, первого резистора (на фигуре не показан) и двух конденсаторов(на фигуре не показаны), соединенных параллельно и подключенных к выводам диодного моста, второго резистора(на фигуре не показан), формирующего выходной ток, выходного разъема(на фигуре не показан), к контактам которого подключен выход датчика X5.
Шкаф отбора напряжения работает следующим образом.
При  протекании через первичную обмотку  трансформатора Т2 типа ТОН тока промышленной частоты, обусловленного реактивным  сопротивлением  конденсатора  связи,  на её выводах образуется  напряжение,  обусловленное  её  сопротивлением  току  промышленной  частоты. На дополнительно введённой вторичной обмотке трансформатора Т2, за счёт трансформаторной связи между обмотками, образуется  переменное  напряжение, которое поступает на датчик контроля конденсатора связи,  и после преобразования в виде сигнала интерфейса «активная  токовая  петля» подаётся на выходной разъём Х5 ШОН.
Датчик контроля конденсатора связи, подключенный к дополнительной обмотке трансформатора ШОН, осуществляет измерение силы тока, протекающего через конденсатор связи, увеличение рабочего тока промышленной частоты, протекающего через конденсатор связи, свидетельствует о начале процесса его разрушения. Подавая токовый сигнал 4 – 20 мА на контроллер, датчик предупреждает о начале процесса разрушения конденсатора и о необходимости его замены. Подключение датчика к дополнительной обмотке трансформатора ШОН существенно упрощает систему контроля состояния конденсаторов связи, поскольку не требует адаптации к датчику действующих ШОН на энергообъектах.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности как «новизна».
Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности как «изобретательский уровень».