ЭЛЕКТРОННЫЙ ИНДИКАТОР КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
ELECTRONIC INDICATOR OF SHORT CIRCUIT

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике, а именно к устройствам, предназначенным для обеспечения эксплуатации электрических сетей.
В настоящее время известен ряд электромеханических и электронных устройств, которые позволяют определять наличие короткого замыкания в электросети, а также приблизительно определять, на каком участке линии произошла авария. Предлагаемый электронный индикатор короткого замыкания предназначен для определения поврежденного участка на воздушных и кабельных линиях распределительных электросетей напряжением 6-35 кВ.
Известен индикатор состояния высоковольтной изоляции (патент РФ №2392679, МПК Н01В 17/00, приоритет от 10.06.2009, опубликован 20.06.2010), выполненный из закаленного электротехнического стекла, отличающийся тем, что внутренняя электрическая прочность индикатора меньше электрической прочности его внешнего воздушного промежутка и при снижении диэлектрических свойств контролируемой изоляции индикатор разрушается в результате внутреннего пробоя, сигнализируя о выходе из строя контролируемой изоляции.
Данное устройство не является электронным и позволяет простейшим визуальным способом отслеживать аварийные ситуации на линиях электропередач. Недостатками данного устройства является то, что оно не может обеспечить упрощение эксплуатации кабельных линий электропередач, и для точного обнаружения аварийного участка требуется визуальный осмотр линии по всей длине.
Известен фиксатор направления короткого замыкания (патент РФ №2328752, МПК G01R 31/08, приоритет от 15.09.2005, опубликовано 10.07.2008), включающий в себя подключенные к двум разным ответвлениям диагностируемой линии передачи два передающих устройства, каждое из которых содержит преобразователь тока, первый элемент задержки, логический элемент И и источник питания, подключенный своим выходом к первому входу логического элемента И, а также приемное устройство, содержащее ограничитель, логический элемент НЕ, первый элемент задержки, первый логический элемент И, первый исполнительный элемент, причем выход логического элемента НЕ подключен к входу первого элемента задержки, а выход первого логического элемента И подключен к входу первого исполнительного элемента, отличающийся тем, что в состав каждого из передающих устройств дополнительно введены второй элемент задержки (ждущий мультивибратор) и резистор, причем выход преобразователя тока подключен к входу первого элемента задержки, к выходу которого подключен вход второго элемента задержки, выход второго элемента задержки подсоединен к второму входу логического элемента И, входы источника питания и резистора подключены к выходу логического элемента И, а выход резистора подключен к соответствующему ответвлению диагностируемой линии передачи, в состав приемного устройства дополнительно введены резистор, фильтр низкой частоты, режекторный фильтр и второй и третий элементы задержки (ждущие мультивибраторы), второй логический элемент И и второй исполнительный элемент, причем вход резистора подключен к диагностируемой линии передачи, выход резистора подключен к входу ограничителя, выход которого подсоединен к входу фильтра низкой частоты; выход фильтра низкой частоты подключен к входу режекторного фильтра, выход которого подсоединен к первому входу первого логического элемента И и входу логического элемента НЕ, выход первого элемента задержки подключен к входу второго элемента задержки, выход которого подсоединен к второму входу первого логического элемента И, третий элемент задержки (ждущий мультивибратор) установлен с возможностью срабатывания по сигналу второго элемента задержки (ждущего мультивибратора) и выдачей разрешения открытию второго логического элемента И, обеспечивающего, в свою очередь, срабатывание второго исполнительного элемента.
Недостатками данного устройства является то, что линии электропередач являются источником сильных электромагнитных помех, и для исключения ложных срабатываний устройств, принцип действия которых основан на передаче контрольных сигналов по самим линиям, требуются высокие уровни мощности таких сигналов, что ведет к значительным энергозатратам. Помимо этого для мониторинга сетей с большим количеством ответвлений необходимо построение сложной системы контроля с большим количеством приемо-передающих блоков.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения направления короткого замыкания на воздушных и кабельных линиях распределительных электросетей, а также упрощение эксплуатации и повышение электробезопасности электронного индикатора короткого замыкания.
Технический результат достигается тем, что предлагается электронный индикатор короткого замыкания, включающий индикаторный блок, связанный по меньшей мере с тремя датчиками состояния линии, при этом индикаторный блок содержит модуль управления и обработки информации, модуль отображения информации, модуль передачи информации и источник питания, а датчики короткого замыкания, каждый из которых содержит модуль управления и обработки информации, оптический приемопередатчик, датчик измерения тока, датчик измерения напряжения и схему накопления энергии, связаны с индикаторным блоком посредством блока электронно-оптического преобразователя, при этом индикаторный блок связан с блоком электронно-оптического преобразователя электрически, а внешние датчики состояния линии связаны с блоком электронно-оптического преобразователя посредством оптоволоконного кабеля.
В предлагаемом электронном индикаторе короткого замыкания электронно-оптический преобразователь может быть выполнен в одном корпусе с индикаторным блоком.
В предлагаемом электронном индикаторе короткого замыкания каждый из датчиков короткого замыкания может быть снабжен крепежным элементом для его крепления на проводе линии электропередач, при этом крепежный элемент выполнен в виде П-образного кронштейна.
Предлагаемый электронный индикатор короткого замыкания состоит из индикаторного блока, электронно-оптического преобразователя, и датчиков состояния линии. В свою очередь, в состав индикаторного блока входит источник питания, осуществляющий питание всего электронного индикатора короткого замыкания, блок передачи информации, осуществляющий коммуникацию индикаторного блока с другими блоками, блок индикации информации, непосредственно отображающий наличие и характер неисправности на линии, микропроцессорный блок управления и обработки, осуществляющий управление всеми элементами электронного индикатора короткого замыкания. Электронно-оптический преобразователь состоит из генератора тока, схемы управления приемником, передатчиком и электронно-оптического приемо-передатчика.
Каждый из датчиков состояния линии состоит из оптического приемопередатчика, схемы накопления энергии, схемы управления, датчика тока, датчика напряжения.
2
При такой конструкции предлагаемого индикатора короткого замыкания упрощается его эксплуатация, так как индикаторный блок, предназначенный для мониторинга состояния сетей может быть установлен в любом удобном месте. Также индикаторные блоки нескольких индикаторов короткого замыкания могут быть скомпонованы вместе. При этом связь датчиков с электронно-оптическим преобразователем осуществляется посредством волоконно-оптического кабеля (сечением 1,5 мм и более), что позволяет обеспечить гальваническую развязку высоковольтной линии от индикаторного блока электронного индикатора короткого замыкания. Тем самым достигается высокий уровень электробезопасности в процессе эксплуатации предлагаемого индикатора короткого замыкания.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого электронного индикатора короткого замыкания.
На фиг. 2 показана детализированная структурная схема предлагаемого электронного индикатора короткого замыкания.
На фиг. 3 показан датчик состояния сети с одним из вариантов его крепления на кабеле.
Показанный на фиг. 1 предлагаемый электронный индикатор короткого замыкания состоит из индикаторного блока, блока электронно-оптического преобразователя и датчиков состояния линии. В обычном случае используются три датчика состояния линии - по одному на каждую фазу линии электропередач. Индикаторный блок связан с блоком электронно-оптического преобразователя электрически, посредством электрического кабеля, а датчики состояния линии связаны с блоком электронно-оптического преобразователя посредством волоконно-оптического кабеля.
На фиг. 2 показана детализированная структурная схема предлагаемого электронного индикатора короткого замыкания. Показан состав индикаторного блока, блока электронно-оптического преобразователя и датчика состояния сети.
На фиг. 3 показан датчик состояния сети с одним из вариантов его крепления на кабеле. На чертеже обозначены следующие позиции: 1 - датчик состояния сети; 2 - установленные с двух сторон датчика загнутые пластинчатые кронштейны; 3 - П-образный кронштейн крепления датчика состояния сети на кабеле, выполненный из металлической пластины, имеющей сквозное отверстие в своей средней части, а также загнутые концы, которые входят в зацепление с пластинчатыми кронштейнами датчика состояния сети; 4 - винт, вставленный в сквозное отверстие П-образного кронштейна 3; 5 - гайки, предназначенные для фиксации винта 4; 6 - плоский упор, закрепленный на конце винта 4, предотвращающий повреждение кабеля.
Показанный на фиг. 2 предлагаемый электронный индикатор короткого замыкания работает следующим образом.
Волоконно-оптический кабель в предлагаемом электронном индикаторе короткого замыкания выполняет сразу две функции - осуществляет передачу информации между индикаторным блоком и датчиками состояния линии, а также служит для передачи энергии для питания датчиков состояния линии. При этом индикаторный блок непрерывно передает энергию в оптический кабель для питания датчиков через оптический приемо-передатчик. Генератор тока задает уровень передаваемой энергии. Для возможности передачи данных между датчиком и индикаторным блоком, передача энергии периодически прерывается на интервал времени, достаточный для передачи данных датчиком. В этот момент электронно-оптический преобразователь переходит в режим приема данных. Индикаторный блок непрерывно анализирует данные, поступающие от датчиков и на основании этих данных делает вывод о состоянии контролируемой линии. При фиксации аварийного события блоком обработки и управления, данные об аварии передаются на блок отображения информации, а также могут быть переданы через блок передачи информации на релейные выходы или по протоколу Modbus с целью фиксации аварийной ситуации внешним удаленным устройством.
Каждый из датчиков состояния линии в первоначальный момент времени накапливает энергию. Энергия оптических импульсов в оптическом приемо-передатчике преобразуется в электрическую энергию, которая поступает в схему накопления энергии. Схема накопления энергии датчиком состояния линии реализована на основе конденсаторов. При достижении определенного уровня датчик состояния линии включается и начинает работать. Датчик состояния линии непрерывно контролирует значения тока и напряжения на линии за счет входящих в его состав датчика тока и датчика напряжения. При превышении пороговых значений в линии электропередач током или напряжением сетевой частоты или высшими гармониками, срабатывают пороговые органы и фиксируется изменение состояния линии. Эти данные передаются в индикаторный блок устройству индикации в ближайший возможный момент для передачи данных. В нормальном режиме работы датчик состояния линии регулярно передает среднеквадратичные значения токов и напряжений. Датчик непрерывно контролирует состояние питания. В случае возможной нехватки питания, датчик уходит в «сон» (перестает передавать информацию) до возобновления нормального уровня питания.
Используя собственные алгоритмы обработки данных, прибор может определять как междуфазные короткие замыкания, так и однофазные с определением направления на замыкание.
Применение волоконно-оптического кабеля взамен медного обеспечивает высокую гальваническую изоляцию между прибором и датчиками, установленными на высоковольтном кабеле, так как оптоволокно по сути является диэлектриком.
Передача энергии по оптическому кабелю позволила отказаться от использования каких-либо источников питания в датчиках, что означает отсутствие необходимости иметь запасные батареи, и тем самым, значительно упрощает эксплуатацию электронного индикатора короткого замыкания.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет получить электронный индикатор короткого замыкания с высокой точностью определения наличия и видов аварийных ситуаций на линиях электропередач, а также существенно упростить эксплуатацию устройства за счет отсутствия дополнительных сменных элементов питания, и повысить электробезопасность, так как датчики состояния линии электрически не связаны с основным, индикаторным блоком.