Устройство определения остаточного ресурса искрового разрядника

Полезная модель относится к области электротехники, к приборам для определения наличия импульсных токов, в частности для определения количества срабатываний искрового разрядника при воздействии на него импульсных грозовых разрядов. Может быть применима для определения ресурса искровых разрядников, настроенных на разные мощности разрядов, для своевременного их обслуживания или замены.
Известен счетчик беззазорного разряда для молниеотводов по патенту США на изобретение US4338648, G01R 1/06, 1982. Счетчик разрядов и измеритель тока разрядника содержат варистор из оксида цинка, непосредственно соединяющий разрядник перенапряжения напряжения с землей в сочетании с парой мостовых выпрямителей для точного определения постоянного тока разрядника и подсчета количества разрядов, проходящих через разрядник. Счетчик разрядов, подключенный между разрядником перенапряжения и землей, контролирует постоянный ток с помощью амперметра и регистрирует количество разрядов с помощью конденсатора, катушки циклометра и регистратора. Катушка циклометра активирует счетчик для регистрации количества разрядов через разрядник. Недостатком является невозможность применять счетчик для регистрации количества разрядов для разрядников разной мощности.
Известно комбинированное устройство защиты от перенапряжений с регистрацией количества срабатываний и контролем параметров сети по патенту РФ на изобретение №2551438, Н02Н 3/08, 2015. Устройство содержит: варистор, датчик тока, два датчика напряжения, микроконтроллер, регистр результата, конденсатор, резистор и элемент, поглощающий энергию импульса, а для расширения области применения в устройство введены: разрядник, полупроводниковое защитное устройство - ограничительный диод, три разъединителя, две индуктивности, два дополнительных датчика тока, три диода. Входы устройств защиты от перенапряжений присоединены к защищаемому объекту через коммутационные аппараты - разъединители, а выходы - к входу элемента, поглощающего энергию импульса, через датчики тока и диоды. В качестве элемента, поглощающего энергию перенапряжения, использован трансформатор с первичной и вторичной обмотками, нагрузкой которого является конденсатор. Недостатками являются сложность комбинированного устройства и невозможность использовать устройство регистрирующее импульсы тока для различных устройств защиты от перенапряжений.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран счетчик импульсов тока через ограничитель перенапряжения по патенту РФ на изобретение №2714526, G01R 19/00, 2020. Счетчик импульсов тока через ограничитель перенапряжения содержит трансформатор тока, первичной обмоткой которого является токовод заземления ограничителя перенапряжения, а вторичная обмотка подключена к резистору, а также ограничитель напряжения, делитель напряжения, пороговые устройства, вычислительный блок, входы которого соединены с выходами пороговых устройств, и, кроме того, блок обмена данными, связанный с вычислительным блоком. Счетчик импульсов тока дополнительно содержит выпрямитель, два конденсатора, диод и стабилизатор напряжения, причем выводы выпрямителя переменного тока соединены с выводами вторичной обмотки трансформатора тока. Счетчик импульсов тока через ограничитель перенапряжения присоединяют одним выводом к защищаемой линии высокого напряжения, а другим, через токовод заземления – к заземлению. Токовод заземления образует первичную обмотку трансформатора тока, на магнитопроводе которого расположена вторичная обмотка. Выводы вторичной обмотки подключены к резистору и к выводам переменного тока мостового выпрямителя. К выводам постоянного тока выпрямителя присоединены накопительный конденсатор, ограничитель напряжения и, через диод, интегрирующий конденсатор. Параллельно конденсатору включен вход делителя напряжения, выход которого присоединен ко входам пороговых устройств. Выходы пороговых устройств подключены к цифровым входам вычислительного блока, выводы питания вычислительного блока подключены к выходам стабилизатора напряжения, входы которого, в свою очередь, присоединены к конденсатору. Вычислительный блок соединен линиями передачи данных с блоком обмена данными. Недостатком является сложность устройства, необходимость применения вычислительного блока для регистрации количества прошедших импульсов. Кроме того, конструкция счетчика не позволяет использовать его с различными ограничителями перенапряжения, предназначенными для использования при различных значениях мощности импульсов. Для счетчика импульсов подбирают количество витков обмотки трансформатора, соответствующее силе тока разрядного импульса, на которую рассчитан счетчик импульсов.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства определения остаточного ресурса искрового разрядника.
Технический результат обеспечивается тем, что в устройстве определения остаточного ресурса искрового разрядника, содержащем корпус с размещенным в нем трансформатором тока, первичной обмоткой которого является токовод от искрового разрядника, вторичная обмотка связана с регистратором количества разрядов, согласно полезной модели, вторичная обмотка трансформатора состоит из частей, каждая из частей вторичной обмотки снабжена отводами и выполнена с возможностью подключения ее к регистратору количества разрядов с образованием замкнутого контура.
Технический результат достигается за счет того, что вторичная обмотка трансформатора состоит из частей, это обеспечивает возможность выбора того, или иного участка обмотки трансформатора для использования в работе устройства определения остаточного ресурса искрового разрядника. Выполнение каждой части с отводами, с возможностью замыкания их ключом с образованием замкнутого контура, позволяет выбирать разное количество витков катушки для каждого возможного замкнутого контура. Возможность подключения частей вторичной обмотки к регистратору количества разрядов с образованием замкнутого контура позволяет подключать заявляемое устройство к различным искровым разрядникам. А возможность использования в каждом возможном контуре различного количества витков вторичной катушки трансформатора позволяет использовать по-отдельности эти получаемые замкнутые контуры устройства для разных искровых разрядников, настроенных на разные величины значений силы тока разрядного импульса. Возможность варьирования количеством витков обмотки позволяет использовать единую конструктивную основу устройства для регистрации разрядов разной мощности. Это повышает универсальность использования заявляемого устройства. Снабжение отводов частей обмотки электрическим переключателем расширяет функциональные возможности устройства за счет возможности выбора нескольких частей катушки трансформатора для использования, или всей катушки с полным количеством витков. Таким образом, функциональные возможности заявляемого устройства расширяются за счет возможности его использования с различными искровыми разрядниками для регистрации разрядов разной мощности. Кроме того, заявляемое устройство позволяет на одном искровом разряднике регистрировать разные мощности разрядов, в зависимости от количества задействованных витков обмотки трансформатора. Увеличение количества витков позволяет уменьшать величину регистрируемых разрядов.
На фигуре представлена схема устройства определения остаточного ресурса искрового разрядника.
В корпусе (на чертеже не показан) устройства определения остаточного ресурса искрового разрядника выполнено отверстие, через который пропущен токовод 1 от искрового разрядника 2, соединенного с защищаемым объектом 3. В корпусе размещен трансформатор 4, первичной обмоткой которого является токовод 1 от искрового разрядника 2. Вторичная обмотка трансформатора состоит из частей 5, 6, 7, 8. Вторичная обмотка трансформатора имеет соединение 9 с регистратором количества разрядов 10. Каждая часть имеет свой отвод, выполненный с возможностью соединения ключом К1 с регистратором количества разрядов 10. Ключ К1 разделен на две части, содержащие группы К1.1 и К1.2. Ключ имеет несколько положений переключателей, в частности, 1” и 2”. Каждое положение переключателей К1.1 и К1.2. соответствует определенному количеству витков вторичной обмотки, а следовательно, и определенной силе тока. Переключатели К1.1 и К1.2. ключа К1 переключаются синхронно в положение 1” или 2” и соединяют с регистратором количества разрядов 10 вторичную обмотку трансформатора 4, содержащую части 5, 6, 7, 8, или содержащую части 6, 7. Регистратор количества разрядов 10 включает формирователь сигнала и электромеханический счетчик 11. Формирователь сигнала состоит из диодов 12 и конденсатора 13.
Устройство определения остаточного ресурса искрового разрядника работает следующим образом.
Для газонаполненного искоразрядника (УЗИП) с определенным значением силы разрядного тока, проходящим через него, рассчитывают необходимое количество витков вторичной обмотки трансформатора 4. Так, например, количество витков катушки трансформатора 4 могут подбирать для значений силы тока в 100 кА, 50 кА, 10 кА. Расчет производят исходя из свойств материала кольца и обмотки трансформатора. Определяют необходимое количество витков катушки трансформатора. Чем больше витков обмотки содержит трансформатор 4, тем на меньшую величину силы тока улавливаемого разряда он настроен. Настраивают устройство определения остаточного ресурса на работу с искровым газоразрядником с определенным значением величины силы тока, присущим этому разряднику. Для этого соединяют переключателем К1.1 и К1.2 четыре или две смежные части вторичной обмотки трансформатора 4 с регистратором количества разрядов 10. При попадании разряда на защищаемый объект 3, например, на трубопровод, через искровой разрядник 2 протекает импульс тока, пробивается искровой промежуток между двумя электродами разрядника 2, импульс тока проходит через заземленный электрод разрядника 2, снимая перенапряжение с защищаемого участка. При прохождении импульса тока по кабелю 1 в обмотке трансформатора 4 возникает индукционный ток, на формирователь сигналов поступает электрический сигнал. С помощью формирователя сигналов преобразуют сигнал, уменьшая значение его силы тока, но увеличивая длительность сигнала, таким образом, чтобы величина заряда оставалась при этом неизменной. За счет увеличения длительности сигнала получают необходимый сигнал для срабатывания электромеханического счетчика 11. Электромеханический счетчик 11 суммирует все прошедшие через разрядник 2 импульсы той силы тока, на которую настроен трансформатор 4. Зная количество прошедших импульсов и ресурс разрядника 2 по прохождению через него разрядов заданной величины, судят об оставшемся ресурсе. При необходимости работы с искровым разрядником с другим максимальным значением силы тока разряда определяют необходимое количество витков вторичной обмотки. Соединяют ключом часть вторичной обмотки трансформатора 4, содержащей нужное количество витков, с регистратором количества разрядов 10. Определяют вышеописанным способом оставшийся ресурс искрового разрядника 2. Например, при использовании трансформатора, выполненного на ферритовом кольце марки 2000НН, выбирают количество витков обмотки 2*18 и используют разрядник, регистрирующий разряды величиной в 100кА. При необходимости производят переключение отводов обмотки трансформатора 4, выбирая 2*20 витков, и регистрируют разряды величиной в 80 кА с помощью подключения заявляемого устройства к другому искроразряднику.
Таким образом, полезная модель позволяет расширить функциональные возможности устройства определения остаточного ресурса искрового разрядника.