МАЛОМЕРНЫЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Полезная модель относится к беспилотным летательным аппаратам (БЛА) и может быть использована для диагностики высоковольтных электроустановок, находящихся под напряжением.
Прототипом является маломерный БЛА, реализующий способ диагностики высоковольтной воздушной линии электропередачи, основанный на регистрации электрических высокочастотных импульсов вблизи линии электропередачи с помощью измерительной аппаратуры (электромагнитного датчика и подключенного к нему цифрового запоминающего осциллографа) путем вдоль трассового облета линии электропередачи (Патент RU №2483314, МПК G01R 31/08, 27.05.2013).
Известный маломерный беспилотный летательный аппарат (БЛА) для диагностики высоковольтных воздушных линий электропередачи содержит портативный компьютер, систему автоматического пилотирования БЛА и измерительную аппаратуру. Система автоматического пилотирования БЛА содержит устройство автоматического пилотирования, блок навигации (GPS- или ГЛОНАСС-навигаторы) и электромагнитные датчики (датчики измерения напряженности магнитного поля). Портативный компьютер соединен с устройством автоматического пилотирования, блоком навигации, электромагнитными датчиками, измерительной аппаратурой, а также с удаленным устройством радиоуправления.
Прототип имеет недостаток, связанный с тем, что при проведении диагностики воздушных линий электропередачи у него ограничена продолжительность и, соответственно, дальность полета.
Задача полезной модели - улучшение эксплуатационных характеристик маломерного БЛА за счет увеличения продолжительности, и, соответственно, дальности полета БЛА, при проведении диагностики высоковольтных электроустановок, преимущественно воздушных линий электропередачи.
Технический результат достигается тем, что маломерный беспилотный летательный аппарат (БЛА) для диагностики высоковольтных электроустановок, содержащий портативный компьютер, систему автоматического пилотирования БЛА и измерительную аппаратуру, при этом система автоматического пилотирования БЛА содержит устройство автоматического пилотирования, блок навигации и электромагнитные датчики, причем портативный компьютер соединен с устройством автоматического пилотирования, блоком навигации, электромагнитными датчиками, измерительной аппаратурой, а также с удаленным устройством радиоуправления БЛА, согласно настоящей полезной модели, дополнительно содержит вращающиеся элементы, систему электрических антенн, систему магнитных антенн, аккумуляторную батарею и подзаряжающее устройство, а электромагнитные датчики представляют собой датчики, выполненные с возможностью измерения напряженности электрического и магнитного поля, при этом подзаряжающее устройство содержит последовательно соединенные накопитель электроэнергии и систему снабжения БЛА электроэнергией, которая соединена с портативным компьютером и аккумуляторной батареей, система электрических антенн соединена гальванической связью с накопителем электроэнергии и электрической связью с высоковольтной электроустановкой, а система магнитных антенн встроена во вращающиеся элементы и соединена гальванической связью с накопителем электроэнергии и магнитной связью с высоковольтной электроустановкой. Система электрических антенн установлена на левом и правом концах БЛА, например, на законцовках правого и левого крыла.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная блок-схема предлагаемого маломерного БЛА, на фиг. 2 изображен маломерный БЛА, расположенный в окрестностях проводов, например, над высоковольтной линией электропередачи для диагностики и подзарядки от электрического и магнитного полей высоковольтной ЛЭП, на фиг. 3 изображен вид А на фиг. 2 (система магнитных антенн, встроенная во вращающиеся элементы).
На чертежах цифрами обозначены:
1 - высоковольтная электроустановка, например, фазные провода воздушных линий электропередачи;
2 - маломерный БЛА;
3 - система электрических антенн, установленная на левом и правом концах БЛА, например, на законцовках правого и левого крыла;
4 - вращающиеся элементы БЛА, например, лопасти, со встроенной в них системой магнитных антенн;
5 - система магнитных антенн, встроенная во вращающиеся элементы БЛА;
6 - удаленное устройство радиоуправления БЛА;
7 - портативный компьютер;
8 - измерительная аппаратура;
9 - система автоматического пилотирования БЛА;
10 - устройство автоматического пилотирования;
11 - блок навигации БЛА (GPS- или ГЛОНАСС-навигаторы);
12 - электромагнитные датчики, выполненные с возможностью измерения напряженности электрического и магнитного поля;
13 - аккумуляторная батарея;
14 - подзаряжающее устройство, установленное в БЛА;
15 - система снабжения БЛА электроэнергией;
16 - накопитель электроэнергии;
17 - гальваническая связь между системой электрических антенн и накопителем электроэнергии;
18 - гальваническая связь между системой магнитных антенн и накопителем электроэнергии;
19 - электрическая связь Ε между высоковольтной электроустановкой и системой электрических антенн;
20 - магнитная связь Η между высоковольтной электроустановкой и системой магнитных антенн;
21 - одна из областей возможного расположения, автоматически управляемого маломерного БЛА, в процессе диагностического облета высоковольтной воздушной ЛЭП;
22 - кривые равной напряженности электрического поля E и магнитного поля H.
Маломерный беспилотный летательный аппарат (БЛА) 2 для диагностики высоковольтных электроустановок 1 содержит портативный компьютер 7, систему 9 автоматического пилотирования БЛА, и измерительную аппаратуру 8, при этом система 9 автоматического пилотирования БЛА 2 содержит устройство 10 автоматического пилотирования, блок 11 навигации (GPS- или ГЛОНАСС-навигаторы) и электромагнитные датчики, причем портативный компьютер 7 соединен с устройством 10 автоматического пилотирования, блоком 11 навигации, электромагнитными датчиками, измерительной аппаратурой 8, а также с удаленным устройством 6 радиоуправления БЛА.
Отличием предлагаемого маломерного БЛА 2 является то, что он дополнительно содержит систему 3 электрических антенн, вращающиеся элементы 4, систему 5 магнитных антенн, аккумуляторную батарею 13 и подзаряжающее устройство 14, а электромагнитные датчики представляют собой датчики 12, выполненные с возможностью измерения напряженности электрического и магнитного поля, при этом подзаряжающее устройство 14 содержит последовательно соединенные накопитель 16 электроэнергии и систему 15 снабжения БЛА 2 электроэнергией, которая соединена с портативным компьютером 7 и аккумуляторной батареей 13, система 3 электрических антенн соединена гальванической связью 17 с накопителем электроэнергии 16 и электрической связью 19 с высоковольтной электроустановкой 1, а система 5 магнитных антенн встроена во вращающиеся элементы 4, соединена гальванической связью 18 с накопителем электроэнергии 16 и магнитной связью 20 с высоковольтной электроустановкой 1. Система 3 электрических антенн установлена на левом и правом концах БЛА 2, например, на законцовках правого и левого крыла.
Маломерный беспилотный летательный аппарат (БЛА) 2 работает следующим образом.
На БЛА 2 устанавливают измерительную аппаратуру 8 и электромагнитные датчики, представляющие собой датчики 12, выполненные с возможностью измерения напряженности электрического и магнитного поля.
раб
раб
ср
п
л
ср
п
л
п
л
п
л
раб
подз
раб
0
подз
0
подз
0
подз
С помощью удаленного устройства 5 радиоуправления в ручном режиме, располагают БЛА 2 вблизи высоковольтной электроустановки 1 в одной из областей 21 возможного расположения БЛА. По мере удаления БЛА 2 от высоковольтной электроустановки 1 напряженности электрического и магнитного полей на кривых 22 равной напряженности как E, так и H уменьшается. По радиоканалу, через устройство 10 автоматического пилотирования, запускают систему 9 автоматического пилотирования, состоящую из устройства 10 автоматического пилотирования, блока 11 навигации в БЛА 2 и электромагнитных датчиков, представляющих собой датчики 12, выполненные с возможностью измерения напряженности электрического и магнитного поля, задавая расстояние до высоковольтной электроустановки 1 величинами Е и/или Н. В таком случае, измеренное на противоположных сторонах БЛА 2 и усредненное по двум датчикам 12 значение напряженности электрического поля Е=(Е+Е)/2 и/или значение напряженности магнитного поля Н=(Н+Н)/2 (где Е и Е - действующие значения напряженности электрического поля, измеренные на левом и правом концах БЛА 2, например, на законцовках правого и левого крыла, а Н и Н - действующие значения напряженности магнитного поля, измеренные на левом и правом концах БЛА 2, например, на законцовках правого и левого крыла) вводят в систему 9 автоматического пилотирования БЛА и сравнивают его с наперед заданным значением Е=Е и/или Н=H+Н (где E - действующее значение напряженности электрического поля, определяющее вертикальное положение БЛА 2 относительно высоковольтной электроустановки 1, E - действующее значение напряженности электрического поля, определяющее вертикальное положение БЛА 2 относительно высоковольтной электроустановки 1 для обеспечения подзарядки накопителя 16 электроэнергии от системы 3 электрических антенн, а H - действующее значение напряженности магнитного поля, определяющее вертикальное положение БЛА 2 относительно высоковольтной электроустановки 1, Н - действующее значение напряженности магнитного поля, определяющее вертикальное положение БЛА 2 относительно высоковольтной электроустановки 1 для обеспечения подзарядки накопителя 16 электроэнергии от системы 5 магнитных антенн).
ср
раб
ср
раб
ср
раб
ср
раб
подз
п
л
H
подз
п
л
подз
подз
подз
подз
При пилотировании БЛА 2 под высоковольтной электроустановкой 1 и выполнении условия Е<Е и/или Н<Н, посредством системы 9 автоматического пилотирования, находящейся на БЛА 2, воздействуют на руль высоты и увеличивают ее (т.е. уменьшают расстояние от высоковольтной электроустановки 1). При Е>Е и/или Н>Н высоту уменьшают (увеличивают расстояние от высоковольтной электроустановки 1 до БЛА 2). При облете высоковольтной электроустановки 1 горизонтальное положение БЛА 2 автоматически поддерживают, воздействуя на киль, на основе разности измеренных напряженностей электрического поля, равной действующему значению напряженности электрического поля, для обеспечения подзарядки накопителя 16 электроэнергии от системы 3 электрических антенн (ΔE=Е=Е-Е) и/или на основе разности измеренных напряженностей магнитного поля, равной действующему значению напряженности магнитного поля, для обеспечения подзарядки накопителя 16 электроэнергии от системы 5 магнитных антенн (Δ=Н=Н-Н). При ΔE>E (ΔH>Н) или ΔE< (ΔH<Н) воздействуют на киль и БЛА 2 отдаляется от высоковольтной электроустановки 1 или приближается к высоковольтной электроустановке 1, соответственно.
ср
ср
При пилотировании БЛА 2 (фиг. 2) над высоковольтной электроустановкой 1 и изменении Е и ΔΕ и/или Н и ΔΗ воздействие происходит, соответственно, на руль высоты и киль БЛА обратным образом по отношению к способу пилотирования БЛА 2 под высоковольтной электроустановкой 1.
Измерительную информацию (поступающую от датчиков 12, расположенных на противоположных сторонах БЛА 2, измеряющих в процессе полета напряженности электрического и/или магнитного поля, создаваемые высоковольтной электроустановкой 1) и текущие координаты БЛА 2, получаемые во время полета посредством блока 11 навигации (GPS- или ГЛОНАСС-навигаторов), записывают в долговременную память портативного компьютера 7, расположенного на БЛА 2. Также в долговременную память портативного компьютера 7, расположенного в БЛА 2, записывается информация от измерительной аппаратуры 8 на борту БЛА 2.
При осуществлении облета высоковольтной электроустановки 1, например, высоковольтной линии электропередачи (ЛЭП), БЛА 2 будет находиться в электромагнитном поле, генерируемом фазными токами в проводах ЛЭП, находящихся под высоким напряжением. На системе 3 электрических антенн, установленной на левом и правом концах БЛА 2, например, на законцовках правого и левого крыла, и системе 5 магнитных антенн, встроенной во вращающиеся элементы 4 БЛА, будет генерироваться мощность в соответствии с известными формулами. Данная мощность, развиваемая от системы 3 электрических антенн и системы 5 магнитных антенн, подзаряжает накопитель 16 электроэнергии через гальваническую связь 17 между системой электрических антенн 3 и накопителем электроэнергии 16 и гальваническую связь 18 между системой магнитных антенн 5 и накопителем электроэнергии 16.
Питание БЛА 2 от подзаряжающего устройства 14 осуществляется через систему 15 снабжения электроэнергией от накопителя 16 и/или от аккумуляторной батареи 13. Подзарядка же накопителя 16 электроэнергии происходит благодаря системе 3 электрических антенн и системе 5 магнитных антенн. Система 3 электрических антенн установлена на левом и правом концах БЛА, например, на законцовках правого и левого крыла для отбора мощности с высоковольтной электроустановки 1 через электрическую связь 19 между высоковольтной электроустановкой 1 и системой электрических антенн 3, а система 5 магнитных антенн встроена во вращающиеся элементы 4 БЛА, например, лопасти, для отбора мощности с высоковольтной электроустановки 1 через магнитную связь 20 между высоковольтной электроустановкой 1 и системой магнитных антенн 5. Таким образом, БЛА 2 автоматически пилотируется и подзаряжается.
Также возможен способ автоматического пилотирования посредством получения сигналов GPS/ ГЛОНАСС и контроль трассы с помощью блока 11 навигации (GPS/ГЛОНАСС-навигаторов) в БЛА 2.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволит улучшить эксплуатационные характеристики маломерного БЛА за счет увеличения продолжительности, и, соответственно, дальности полета БЛА, при проведении диагностики высоковольтных электроустановок, преимущественно воздушных линий электропередачи.