ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ ПРИСТАВКА ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

Полезная модель относится к энергетике, преимущественно к электротехническим аппаратам, и может быть применена для диагностирования и высоковольтного испытания изоляционных материалов и оболочек силовых кабельных линий 6-10 кВ, за счёт формирования высокого выпрямленного напряжения двух полярностей или высокого напряжения сверхнизкой частоты от сторонних высокочастотных источников питания переменного напряжения (высокочастотных генераторов кабельных сигналов), в зависимости от вида диагностируемого диэлектрика контролируемой кабельной линии и эффективности испытания.
Известна высоковольтная установка для диагностики электрических кабелей высоким напряжением сверхнизкой частоты [Патент RU № 162941, МПК G01R 31/14, опубл. 27.06.2016], высоковольтная установка предназначена для диагностики электрических кабелей и позволяет проводить диагностику и испытания изоляции кабелей, в том числе из сшитого полиэтилена, повышенным напряжением без ее разрушения. Установка позволяет испытывать изоляцию кабельной линии выпрямленным напряжением обеих полярностей и напряжением сверхнизкой частоты. Устройство состоит из генератора сверхнизкой частоты, двух высоковольтных выпрямителей разной полярности, каждый из которых подключен к источнику мощности, выходы высоковольтных выпрямителей соединены между собой через балластный резистор и управляемый электронный высоковольтный ключ, который соединен с диодами ключей соответствующей полярности и подключаемого блока управления установкой.
Недостатками указанного устройства является массогабаритные показатели и сложная конструкция, состоящая из двух частей: блока управления и высоковольтного блока образующих диагностическую систему. Увеличенные габаритные показатели объясняются наличием двух разнополярных высоковольтных выпрямителей, двух источников мощности и сложного механизма управления ключами, которые должны обеспечивать гальваническую развязку при формировании диагностического высокого напряжения сверхнизкой частоты между параллельными ветвями высоковольтных выпрямителей имеющих общую электрическую точку. Устройство не имеет возможности работы от аккумуляторных батарей постоянного тока.  Устройство не может быть подключено к сторонним высокочастотным генераторам кабельных линий или другим высокочастотным источникам питания для формирования испытательного напряжения сверхнизкой частоты, высоковольтный блок указанного устройства совместим только с собственным блоком управления, что ограничивает его эксплуатацию, делает его громоздким и технически сложным, устройство полностью теряет работоспособность при выходе из строя блока управления.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и принятым автором за прототип, является высоковольтная испытательная установка сверхнизкой частоты для диагностики кабеля из сшитого полиэтилена [Патент RU № 2392630, МПК G01R 31/14, опубл. 20.06.2010], установка содержит генератор-источник напряжения сверхнизкой частоты. Генератор-источник выполнен в виде двух соединенных с выходами блока управления параллельных ветвей. Каждая из ветвей содержит широтно-импульсный модулятор (ШИМ), буферный усилитель, высокочастотный трансформатор, умножитель напряжения и суммирующий резистор. В устройстве одна ветвь содержит умножитель напряжения положительной полярности, а вторая - умножитель напряжения отрицательной полярности. Точка соединения двух суммирующих резисторов является выходом установки.
Недостатками устройства является наличие двух высокочастотных трансформаторов, двух высоковольтных выпрямителей, двух буферных усилителей, двух ШИМ, увеличивая тем самым массогабаритные показатели установки и снижая схемную надёжность из-за большого количества электрически связанных конструктивных элементов. Устройство работает только от сети переменного напряжения промышленной частоты, что ограничивает его эксплуатацию, высоковольтный блок указанного устройства совместим только с собственным блоком управления, что также ограничивает его эксплуатацию, делает его громоздким и технически ненадежным, т.к. устройство полностью теряет работоспособность при выходе из строя блока управления.
Задача полезной модели заключается в разработке мобильного устройства, обладающего малым весом, малым размером и упрощенной конструкцией, используемой в качестве приставки к любому высокочастотному источнику питания, формирующей напряжение сверхнизкой частоты, как наиболее эффективного при диагностике кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена и выпрямленное напряжение обеих полярностей для испытания пропитанной бумажной изоляции.
Техническим результатом полезной модели является повышение эксплуатационной эффективности и надёжности диагностического устройства кабельных линий, применимого в качестве приставки к любым высокочастотным источникам, кабельным генераторам трассо-дефектоискателям для формирования высокого испытательного напряжения сверхнизкой частоты и выпрямленного напряжения обеих полярностей необходимого при проверке изоляционных материалов силовых кабельных линий.
Технический результат достигается за счёт применения диагностической приставки формирования высоковольтного испытательного напряжения для силовых кабельных линий, состоящего из промежуточного высокочастотного трансформатора, высоковольтного выпрямителя и электромагнитного коммутационного ключа формирования напряжения сверхнизкой частоты.
Высоковольтный выпрямитель включает высоковольтные конденсаторы и диоды. Высоковольтный выпрямитель собран по двухполупериодной двухполярной каскадной схеме умножения напряжения.
Электромагнитный коммутационный ключ формирования напряжения сверхнизкой частоты включает электромагнитную катушку управления, группу контактов, пружинный механизм, сердечник, якорь, схему управления электромагнитным коммутационным ключом и блок питания устройства со схемой.
На Фиг.1 представлена структурная схема диагностической приставки формирования высоковольтного испытательного напряжения для силовых кабельных линий.
На Фиг. 2 представлена осциллограмма выходного напряжения сверхнизкой частоты амплитудой 40 кВ, частотой 0,1 Гц, сформированное от генератора трассо-дефектоискателя Е-100 с выходным напряжением 100 В, частотой 10 кГц.
Диагностическая приставка 1 формирования высоковольтного испытательного напряжения для силовых кабельных линий (ДПВИН) выполнена в виде ударопрочного корпуса, внутри которого расположены промежуточный высокочастотный трансформатор (ТП) 2, высоковольтный выпрямитель (ВВ) 3 и электромагнитный коммутационный ключ (ЭКК) 4 формирующий напряжение СНЧ.
Высоковольтный выпрямитель (ВВ) 3 имеет три высоковольтных ввода. Два ввода ВВ 3 служат для подключения к высокочастотному промежуточному трансформатору (ТП) 2 и один ввод для прямого подключения к внешнему высоковольтному высокочастотному источнику (на Фиг. не показан)  через входную клемму Uin3. Высоковольтный выпрямитель (ВВ) 3 включает в себя три каскада (на Фиг. не показаны) двухполярного умножения напряжения, состоящие из высоковольтных конденсаторов (С1-С12), служащих для увеличения напряжения до шести раз относительно входного напряжения и диодов (VD1-VD12) для формирования положительной и отрицательной полярности выходного напряжения. Конденсаторы второго каскада ВВ 3 С4 и С10 подключены своими выводами к электромагнитному коммутационному ключу 4, а именно к группе контактов 4.1. Высоковольтные конденсаторы каскада ВВ 3 С6 и С12 подключены к высоковольтным выходным клеммам Uout2, Uout3 приставки для подключения к диагностируемому объекту высоким выпрямленным напряжением отрицательной и положительной полярности соответственно.
Электромагнитный коммутационный ключ 4 содержит группу контактов 4.1, подключенных с одной стороны ко второму каскаду ВВ 3 С4 и С10, с другой стороны к высоковольтной выходной клемме Uout1 приставки, подключаемой к диагностируемому объекту. Группа контактов 4.1 закреплена с якорем (Я) 4.3 без электрической связи, который притягивается электромагнитной силой к катушке управления 4.2 ЭКК 4. Один вывод катушки управления 4.2 подключен к блоку питания (БП) 6, второй вывод катушки управления 4.2 подключен к контакту (К) 5.1 управляемого схемой (СУ) 5.
Рассмотрим работу диагностической приставки формирования высоковольтного испытательного напряжения для силовых кабельных линий (фиг.1).
Одна из высоковольтных выходных клемм (Uout1, Uout2 или Uout3) приставки подключается к предварительно отключенной силовой кабельной линии (на Фиг. не обозначено). Выходная клемма выбирается в зависимости от используемого диэлектрика в диагностируемом объекте (Uout1 – 40 кВ СНЧ, Uout2 – 60 кВ выпрямленного напряжения отрицательной полярности, Uout3- 60 кВ выпрямленного напряжения положительной полярности). Входные клеммы (Uin1, Uin2 или Uin3) ВК приставки подключаются к заранее отключенному высокочастотному источнику или высокочастотному кабельному генератору (на Фиг. не обозначено), в зависимости от выходного напряжения источника (генератора): входные клеммы Uin1 - Uin2 ВК приставки рассчитаны на входное напряжение до 100 В с частотой от 10 кГц и выше; клемма Uin3 ВК приставки на напряжение 10 кВ с частотой 10 кГц и выше. Кабельный генератор, диагностическая приставка 1 формирования высоковольтного испытательного напряжения для силовых кабельных линий и диагностируемый объект должны иметь последовательную цепь подключения, например, вывод кабельного генератора подключается к входным клеммам Uin1 - Uin2 приставки 1, а высоковольтная выходная клемма Uout1 к жиле силовой кабельной линии. Кабельный генератор плавно повышает подводимое высокочастотное напряжение к диагностической приставке 1 формирования высоковольтного испытательного напряжения (ДПВИН) заряжая силовую кабельную линию (на Фиг. не обозначена) до испытательного напряжения с контролем тока утечки. Процесс формирования испытательного напряжения диагностической приставкой 1 от кабельного генератора протекает в следующем порядке: подводимое напряжение к входным клеммам Uin1 - Uin2  приставки (ДПВИН) 1  подаётся на высокочастотный промежуточный трансформатор (ТП) 2, где происходит увеличение входного напряжения до 10000 В 10 кГц, после чего заряжаются высоковольтные конденсаторы С1 и С7 первого каскада ВВ 3 до значения напряжения 10000В, после чего отрываются диоды VD1, VD7, заряжая до удвоенного значения напряжения конденсаторы С2, С8 в первом каскаде ВВ 3. Аналогично происходит увеличение напряжения и в последующих каскадах ВВ 3 до шести раз. Напряжение с конденсаторов С4 и С10 ВВ 3 подводится к параллельной изолированных друг от друга группе контактов 4.1 электромагнитного коммутационного ключа (ЭКК) 4, где осуществляется периодическая поочерёдная коммутация выпрямленного напряжения обеих полярностей, формируя испытательное напряжение СНЧ на выходной клемме Uout1 (ДПВИН).   Переключение группы контактов 4.1 происходит под действием электромеханической силы притяжения якоря 4.3 к сердечнику (на Фиг. не показан), встроенному в катушку управления 4.2, преодолевая силу притяжения возвратной пружины (на Фиг. не показана) за счёт созданного магнитного потока. При исчезновении напряжения на катушке управления 4.2 возвратная пружина возвращает контакты 4.1 в первоначальное положение. Периодическая подача напряжения на катушку управления 4.2 от блока питания (БП) 6 осуществляется через контакт 5.1 управляемый схемой управления (СУ) 5 питающегося от БП 6. В случае постоянно разомкнутого контакта 5.1 при отключенной схемы управления 5 ЭКК 4 отключен и ДПВИН 1 работает на выходные клеммы Uout2, Uout3 от соответствующих каскадов ВВ 3, формирующих на них испытательное выпрямленное высокое напряжение.
Диагностическая приставка 1 обладает невысокими массогабаритными показателями, что обеспечивает ему высокую мобильность в процессе эксплуатации. Возможность работы блока питания 6 устройства как от сети переменного напряжения, так и от аккумуляторных батарей повышает эксплуатационную мобильность устройства. Возможность работать от любого высокочастотного источника обеспечивает дополнительную функциональность приставки 1. При выходе из строя блока питания 6 и схемы управления 5 приставка 1 сохраняет свою работоспособность в части формирования выпрямленного испытательного напряжения, что повышает ее эксплуатационную эффективность и надежность.
Таким образом, диагностическая приставка 1 формирования высоковольтного испытательного напряжения для силовых кабельных линий  позволяет осуществлять диагностику силовых кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена высоким напряжением сверхнизкой частоты и проводить испытания высоким выпрямленным напряжением силовых кабельных линий с пропитанной изоляцией от любых источников и генераторов напряжения высокой частоты, возможность работы от аккумуляторной батареи повышает эксплуатационную маневренность приставки в полевых условиях, достигая повышение эксплуатационной эффективности и надёжности диагностического устройства кабельных линий.