СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫЯВЛЕНИЯ НЕИСПРАВНЫХ НАГРУЗОК, РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВДОЛЬ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
METHOD FOR AUTOMATIC DETECTION OF FAULTY LOADS DISTRIBUTED ALONG POWER SUPPLY LINE

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к способу автоматического определения неисправных ламп с указанием конкретного места их расположения в линиях уличного освещения городов, городских и сельских поселений, участков автодорог, железнодорожных путей, территорий предприятий, а также к способу контроля целостности протяженных линий электропитания с распределенной параллельной или параллельно-последовательной нагрузкой, и может быть использовано, в том числе для определения участков обрывов силовых линий электропитания, расположенных между элементами нагрузки (например, приборами освещения).
Изобретение может быть использовано для создания эффективных систем управления наружным освещением, с возможностями энергосбережения за счет дистанционного управления режимами работы отдельных светильников, снижения эксплуатационных расходов за счет автоматической диагностики исправности светильников и получения результатов диагностики в центральную диспетчерскую.
Задача определения неисправных нагрузок, распределенных по линии электроснабжения, является актуальной. В частности, в системах уличного и промышленного освещения для определения неисправных ламп линия включается под напряжение, высылается бригада обслуживания, которая путем визуального осмотра, проезжая вдоль линии выявляет неисправные лампы. Этот процесс занимает длительное время, приводит к перерасходу электроэнергии, увеличению затрат на эксплуатацию, требует содержания дополнительного персонала и техники.
Цель данного изобретения - предложить способ автоматического выявления неисправных нагрузок и обрывов линии электроснабжения с указанием конкретного места неисправности, с возможностью передачи сведений в центральную диспетчерскую для дальнейшего планирования маршрута выезда аварийных бригад и устранения неисправностей.
Известна система контроля целостности силовых линий электропитания распределенной нагрузки RU 2269788 С1, МПК (20060101) G01R 31/08, Н05В 37/03 от 2006.02.10, содержащая цифровой электросчетчик, обладающий возможностью измерять электрическую мощность, и контроллер, расположенные на пункте включения распределенной нагрузки и соединенные между собой, автоматизированное рабочее место, расположенное на диспетчерском пункте, соединенное с контроллером по каналу связи, отличающаяся тем, что цифровой электросчетчик выполнен с возможностью измерять скачки электрической мощности в линии, питающей распределенную нагрузку, а автоматизированное рабочее место и контроллер пункта включения выполнены с возможностью сравнения величины измеренного скачка мощности с заранее определенными модельными значениями, установленными для модельных вариантов обрыва участков силовой линии электропитания распределенной нагрузки, и выдачи извещения об обрыве линии электропитания распределенной нагрузки при обнаружении совпадения и о номере участка, на котором произошел обрыв.
Существенным признаком, совпадающим с заявляемым изобретением, является то, что измеряют скачки электрической мощности в линии, питающей распределенную нагрузку, а автоматизированное рабочее место и контроллер пункта включения выполнены с возможностью сравнения величины измеренного скачка мощности с заранее определенными модельными значениями, установленными для модельных вариантов обрыва участков силовой линии электропитания распределенной нагрузки, и выдачи извещения об обрыве линии электропитания распределенной нагрузки при обнаружении совпадения и о номере участка, на котором произошел обрыв.
Недостатки этой системы:
1) система способна определять только место обрыва линии, функция выявления неисправных нагрузок отсутствует, что существенно уменьшает ее практическую полезность;
2) при расчете модельных вариантов обрыва не учитывается, что некоторые нагрузки, распределенные вдоль линии, могут быть отключены или неисправны, что приведет к ошибкам указания места обрыва или возможности его обнаружения.
Известна система контроля состояния множества ламп (RU 2127030 С1, МПК (20060101) Н05В 37/03 от 1999.02.27), подключенных к вторичным обмоткам трансформаторов, первичные обмотки которых соединены последовательно друг с другом и с источником переменного тока, содержащая подсоединенные к каждой лампе устройства контроля состояния лампы с датчиками состояния лампы и устройство приема-передачи информации о состоянии ламп, отличающаяся тем, что устройство контроля состояния лампы выполнено в виде блока контроля состояния лампы, включенного в контур питания лампы и содержащего модем, датчики состояния лампы, блок питания и логический оператор с памятью, реализующий логику реагирования на информацию, поступающую с датчиков состояния лампы, устройство приема-передачи информации выполнено в виде основного блока, включенного в цепь ламп через трансформатор и содержащего модем, блок питания, блок индикации и/или обмена информацией о состоянии ламп с получателем и логический оператор с памятью, реализующий логику реагирования на информацию, поступающую от получателя, при этом основной блок обменивается информацией с блоками контроля состояния ламп посредством цифрового кода с обнаружением и/или исправлением ошибок, каждый блок контроля состояния лампы имеет набор идентификаторов, значения которых хранятся в памяти логического оператора и обеспечивают адресацию каждого блока контроля состояния лампы, логические операторы с памятью блоков контроля состояния лампы и основного блока реализуют логику обмена информацией между ними посредством модема.
Существенным признаком, совпадающим с заявляемым изобретением, является то, что каждый блок контроля состояния лампы имеет набор идентификаторов, значения которых хранятся в памяти логического оператора и обеспечивают адресацию каждого блока контроля состояния лампы, что дает возможность указать конкретное место неисправной лампы.
Недостатки данного изобретения:
1) система сложна в реализации, требует специальной схемы включения ламп через вторичные обмотки трансформаторов, первичные обмотки, которых соединены последовательно, поэтому область применения ее ограничена светосигнальными системами аэродромов и неприменима для систем уличного освещения;
2) для сигнализации исправности каждой лампы устанавливаются датчик состояния лампы и модем, являющиеся дорогостоящими и не надежными элементами, что приводит к повышению стоимости системы и расходов на ее обслуживание.
Известно устройство для контроля перегорания нитей накала электрических ламп (авт. свид. СССР 4478671, МПК Н05В 37/03 от 25.10.1974 г.).
Поставленная задача решается путем соединения выхода усилителя, вход которого через схему совпадения подключен ко вторичным обмоткам трансформаторов, первичные обмотки которых соединены последовательно с контролируемыми лампами, с обмоткой реле через контакт исходного состояния контактного поля переключателя поиска номера неисправной лампы. Через остальные контакты этого же контактного поля переключателя выход указанного усилителя подключен к индикаторной лампе, включенной в цепь источника низкого напряжения. Вход указанного усилителя соединен с другим полюсом источника низкого напряжения через диод, схему "И" и контакт исходного состояния другого контактного поля переключателя поиска номера неисправной лампы, а через остальные контакты этого поля - с вторичными обмотками упомянутых трансформаторов. При обнаружении перегорания нитей накала электрических ламп срабатывает реле. Для выявления номера перегоревшей лампы необходимо переключить движок переключателя. В этом случае цепь питания обмотки реле обрывается, реле обесточивается, и включаются все исправные лампы. Путем поочередного подключения вторичных обмоток трансформаторов с помощью переключателя по однозначному состоянию лампы индикации и положению движка переключателя определяют номер неисправной лампы.
Существенными признаками, совпадающими с заявляемым изобретением, является то, что выявление перегоревшей лампы происходит путем косвенного измерения тока, проходящего через включенную лампу, изобретение дает возможность выявить событие перегорания лампы и ее номер.
Недостатки данного изобретения:
1) система сложна в реализации, требует прокладку дополнительных проводников от вторичных обмоток трансформаторов до локального пункта управления в количестве, равном общему числу ламп, что существенно увеличивает ее стоимость и ухудшает надежность;
2) определение номера перегоревшей лампы производится в ручном режиме, требует присутствия оператора в пункте управления, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов и сокращает области ее практического применения.
Известна система мониторинга линии уличного освещения (патент  US 6,965,307 I.С. H05B 37/03 (20060101) November 15, 2005), включающая множество датчиков токов подключенных к линии электроснабжения, аналогово-цифровой преобразователь напряжения, выдаваемого датчиком в цифровой вид, микропроцессор, который непрерывно сравнивает измеренные датчиками значения с ранее заданными дневным и ночным пороговыми уровнями мощности. Если измеренные значения не соответствуют заданным, микропроцессор активирует модем и передает в центр управления сообщение об ошибке.
Существенным признаком, совпадающим с заявляемым изобретением, является то, что в системе имеются датчики тока, измеряющие ток, потребляемый линией.
Недостаток данного изобретения:
1) данный способ и система, его реализующая, может определить только неисправность линии в целом, что существенно снижает ее практическую ценность.
Цель данного изобретения - предложить способ автоматического выявления неисправных нагрузок, распределенных вдоль линии электроснабжения, а также обрывов линии с указанием конкретного места неисправности, с возможностью передачи сведений в центральную диспетчерскую для дальнейшего планирования маршрута выезда аварийных бригад и устранения неисправностей.
Техническим результатом применения данного изобретения является сокращение затрат на эксплуатацию систем управления электрическими нагрузками, в частности систем уличного освещения.
В предлагаемом способе поставленную задачу решают следующим образом. Электрические нагрузки подключаются к линии электроснабжения по схеме, приведенной на чертеже, где цифрами обозначены:
1 - центр локального управления;
2 - микропроцессорный блок;
3 - устройство связи с диспетчерской;
4 - электросетевой передатчик команд;
5 - датчик мгновенной мощности, потребляемой линией электроснабжения;
6 - линия электроснабжения;
7 - электрические нагрузки;
8 - управляемый выключатель;
9 - электросетевой приемник команд.
В начале линии электроснабжения 6 размещается центр локального управления 1, который, как минимум, состоит из микропроцессорного блока 2, устройства связи с диспетчерской 3, электросетевого передатчика команд 4 и датчика мгновенной мощности 5, потребляемой линией электроснабжения 6.
Электрические нагрузки 7 подключаются к линии электроснабжения 6 через управляемый выключатель 8, который управляется электросетевым приемником команд 9.
Микропроцессорный блок 2 может считывать показания датчика мгновенной мощности 5, потребляемой линией электроснабжения, посылать команды управления в линию через электросетевой передатчик команд 4, и отправлять сообщения в диспетчерскую через устройство связи 3.
Управляемый выключатель 8 может подключить нагрузку 7 к линии электроснабжения или отключить ее, в зависимости от управляющего сигнала, поступающего от приемника команд 9.
Каждый приемник команд 9 имеет свой уникальный адрес (идентификатор), принимает команды из линии электроснабжения 6, если команда была направлена в его адрес, выполняет ее, иначе игнорирует.
Каждая команда управления, как минимум, состоит из полей адреса приемника и кода команды. Для обеспечения заявляемого способа необходимо, как минимум, наличия двух кодов команд: отключения нагрузки от линии электроснабжения и подключения нагрузки к линии электроснабжения.
Таким образом, микропроцессорный блок 2, посылая команды, может включить или выключить любую из нагрузок 7, распределенных по линии электроснабжения 6.
Для определения неисправных нагрузок поступают следующим образом.
Микропроцессорный блок последовательно подает команды отключения каждой нагрузки. В этом состоянии мощность, потребляемая линией, будет стремиться к нулю.
Микропроцессорный блок подает команду включения ближайшей к центру локального управления нагрузки, затем считывает показания датчика мгновенной мощности 4. Если значение измеренной мощности меньше заранее заданного порога, считают эту нагрузку неисправной, адрес этой нагрузки передают в диспетчерскую с помощью устройства связи. После этого микропроцессорный блок подает команду отключения нагрузки.
Далее процесс повторяют для всех нагрузок. Величину порога выбирают меньше, чем минимальная потребляемая мощность любой из нагрузок.
После перебора всех нагрузок в диспетчерской сформируется список адресов неисправных нагрузок.
Так как каждый адрес можно связать с фактическим территориальным размещением приемника вдоль линии электроснабжения, список адресов, полученный в диспетчерской, локализует конкретные места неисправных нагрузок. Таким образом, достигается требуемый результат.
Если в качестве нагрузок выступают лампы уличного освещения, процесс диагностики неисправных ламп удобнее проводить в дневное время, когда уличное освещение не требуется.
Если после некоторой исправной нагрузки все нагрузки, территориально расположенные далее определяются как неисправные, делают вывод об обрыве линии электроснабжения на участке между последней исправной нагрузкой и первой неисправной.
Команды управления на приемник команд можно передавать и по радиоканалу, тогда вместо электросетевого передатчика используется радиопередатчик, а вместо электросетевого приемника используется радиоприемник.
Для реализации способа используются следующие промышленные или заказные изделия.
В качестве микропроцессорного блока можно использовать любой из серийно выпускаемых современных микропроцессоров, например фирмы Atmel (http://www.atmel.com).
В качестве электросетевых передатчиков и приемников можно использовать любые модемы, выпускаемые промышленностью, для передачи информации по электрической сети переменного тока напряжением 220 В. В варианте способа с передачей команд по радиоканалу можно использовать радиоприемники и радиомодемы, выпускаемые промышленностью.
В качестве устройства связи с диспетчерской можно использовать, например, радиомодем, телефонный модем либо другие устройства цифровой связи, выпускаемые промышленностью.
В качестве датчика мгновенной мощности можно использовать любые датчики мощности, выпускаемые промышленностью, в том числе цифровые электрические счетчики, либо трансформатор тока, считая, что значение напряжения в линии условно постоянно.
В качестве управляемого выключателя можно использовать реле, контактор, электронный пускорегулирующий аппарат для газоразрядных ламп, либо другое коммутирующее устройство, выпускаемое промышленностью с подходящими параметрами по допустимому напряжению и току.
В качестве электрических нагрузок могут выступать лампы уличного освещения (газоразрядные или накаливания), а также другие бытовые или промышленные потребители, для которых возможен описанный выше режим работы с дистанционным управлением.
Выявление неисправных нагрузок и обрывов линии происходит в автоматическом режиме, дистанционно, список выявленных неисправностей поступает в диспетчерскую для последующего принятия мер по их устранению.
Таким образом, достигнут технический результат, на который направлено данное изобретение, что в итоге позволяет существенно сократить расходы на эксплуатацию систем управления нагрузками, распределенными по линии электроснабжения, в том числе в системах уличного освещения.