УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ
DEVICE FOR MONITORING STATE OF POLYMER INSULATORS

Предлагаемое изобретение относится к устройству для считывания и распознавания полимерных изоляторов.
Известен способ распознавания неисправного изолятора (RU 2542674 С1, МПК G06K 9/03. Т.А. Несенюк, А.Г. Галкин. Способ распознавания неисправного изолятора. - опубл. 20.02.2015 г.) в котором предлагается модернизировать пассивную RFID-метку путем исключения из стандартной схемы RFID-метки токопроводящей линии антенны, расположенной параллельно микросхеме, создают базу данных по контролируемому участку, пикетаж, номер опоры с изоляторами, идентифицируют каждый изолятор путем прикрепления к нему модернизированной пассивной RFID-метки, присваивают индивидуальный код чипу ее микросхемы, а на передвижное транспортное средство устанавливают считыватель, содержащий приемно-передающее устройство и антенну, подсоединяют считыватель к компьютеру с соответствующим программным обеспечением, перемещают транспортное средство по контролируемому участку, непрерывно подают от считывателя через передающее устройство и антенну широкополосный зондирующий сигнал в сторону изоляторов с RFID-метками, принимают антенной и приемным устройством считывателя ответный сигнал от RFID-меток, определяют количество неответивших RFID-меток, обрабатывают результаты с помощью программного обеспечения, определяют местоположение поврежденных изоляторов, полученные данные выводят на монитор компьютера и передают на диспетчерский пункт.
Недостатком данного способа является то, что данный способ описан для всех видов изоляторов, но у каждого изолятора имеются свои особенности конфигурации и способы крепления изолятора к заземленной конструкции. Так полимерный изолятор состоит из стеклопластикового стержня, с двух сторон которого закрепляются оконцеватели, а покрытие выполнено из полимерной композиции, форма покрытия определяется типом изолятора. Кроме того описано, что модернизируют пассивную RFID-метку путем исключения из стандартной схемы RFID-метки токопроводящей линии антенны -шунтирующего контакта. При этом не описывается форма метки, вид применяемой антенны, способ крепления антенны к чипу, каким образом будут создаваться условия контроля состояния полимерного изолятора.
Цель изобретения - маркировка полимерных изоляторов воздушной линии электропередачи и автоматизированного контроля состояния изоляторов по току пробоя и току утечки.
Указанная цель достигается тем, что на каждый полимерный изолятор монтируется RFID-метка, ток пробоя или ток утечки направляется через чип метки, а по величине тока при регистрации маркированной метки автоматически определяется местоположение изолятора и его диэлектрическое состояние.
Сущность изобретения заключается в том, что в качестве индикатора используют RFID-метку, включающую гибкую, ламинированную подложку прямоугольной формы, на которой закреплена антенна с геометрической модификацией изгиба плеч диполя в виде меандра, а два вывода антенны присоединены к двум полосам антенного слоя, расположенного в виде полос по краям гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы, чип контактными площадками крепится к изгибам плеч антенны без применения шунтирующего контакта, причем основная часть гибкой ламинированной подложки прямоугольной формы закрепляется к оболочке полимерного изолятора нетокопроводящим клеем ближе к заземленной части конструкции полимерного изолятора, а обе полосы антенного слоя крепятся токопроводящим клеем к электродам полимерных изоляторов, концы полос антенного слоя смыкаются и индикатор принимает форму кольцеобразного электрода, при чем каждый чип имеет свой индивидуальный код, наличие прохождения тока по чипу свидетельствует о нарушении диэлектрического состояния полимерного изолятора, что фиксируется регистрирующим устройством.
На фиг. 1 представлена схема RFID-метки для контроля состояния полимерных изоляторов, включающая ламинированную подложку прямоугольной формы 3. К ламинированной подложке прямоугольной формы 3 закреплен чип 4. Дипольная антенна 2 геометрической модификацией изгиба плеч диполя в виде меандра имеет два вывода 8, каждый вывод 6 присоединен к полосе антенного слоя 4. Полосы антенного слоя 4 располагаются параллельно друг другу по двум краям ламинированной подложки прямоугольной формы 3. Концы полос антенного слоя 4 смыкаются, образуя кольцеобразную форму, что позволяет осуществлять контроль состояния полимерного изолятора по его поверхности. При этом одна полоса антенного слоя 4 имеет потенциал со стороны провода ЛЭП, другая полоса антенного слоя 4 соединена с заземленной конструкцией изолятора. Чип 1 контактными площадками 5 крепится к изгибам плеч антенны 2 без применения шунтирующего контакта. Отсутствие шунтирующего контакта позволяет направить ток через чип 1. По величине тока определяется диэлектрическое состояние полимерного изолятора путем регистрации сигнала чипа 1 считывающим устройством.
На фиг. 2 показано расположение слоев RFID-метки, включающих ламинированную подложку прямоугольной формы 3, антенный слой 4 антенны 2, клей 7. Ламинирование позволяет защитить RFID-метку от влияния внешних факторов-осадков, температуры окружающей среды, ветровых нагрузок, ультрафиолетовых лучей, поверхностных загрязнений. Крепление метки осуществляется клеем, который за счет повышенной эластичности, механической прочности и высокой стабильности клеевых соединений и удерживает метку на полимерном изоляторе. Средняя часть ламинированной подложки прямоугольной формы 3, покрывается нетокопроводящим клеем 7 для крепления метки к полимерному покрытию стержня изолятора 8. Нетокопроводящий клей является диэлектрическим прокладкой между полимерным покрытием изолятора и токопроводящей антенной метки. Токопроводящие полосы антенного слоя 4 крепятся к поверхности изолятора токопроводящим клеем 7 и создают разность потенциалов на RFID-метке.
На фиг. 3 выделен узел, включающий чип 1 прикрепленный контактными площадками 5 к плечам антенны 2.
На фиг. 4 схематично показано направление прохождения тока 8 по RFID-метке, выполненной в качесте индикатора. Ток направляется по полосе антенного слоя 4 от вывода 6 со стороны высокого потенциала изолятора через чип 1 к выводу 6 через полосу антенного слоя 4 к заземленной констукции полимерного изолятора.
При проектировании антенн дипольной конструкции RFID-меток для обеспечения комплексно-сопряженного согласования входных импедансов в структуре антенны используются замкнутые контуры [Marrocco, G. The Art of UHF RFID Antenna De: Impedance-Matching and Size-Reduction Techniques (Текст] / G. Marrocco // IEEE Antennasand Propagation Magazine. - 2008. - V. 50, №1. - P. 66-79). В отличие от стандартных конструкций RFID-меток, чип 1 крепиться на внутренней стороне ламинированной подложки прямоугольной формы 3 к дипольной антенне 2 без использования замкнутых контуров -шунтирующего контакта. Это решение позволило направить весь ток через чип 1 RFID-метки. При этом величина тока определяет диэлектрическое состояние изолятора. Пробой чипа 1 RFID-метки означает пробой полимерного изолятора.
На фиг 5 показано смонтированное устройство контроля состояния полимерных изоляторов, где в качестве индикатора используется RFID-метка 10 закрепленная на полимерный изолятор. При монтаже RFID-метка 10 легко прикрепляется на изогнутую поверхность изолятора 9 с малым радиусом кривизны RFID-метка, за счет гибкой структуры ламинированной подложки прямоугольной формы 3 и ламинированная подложка прямоугольной формы 3 принимает форму изолятора 9. Необходимо чтобы длина сторон RFID-метки 10, где располагаются полосы антенного слоя 4, были больше окружности изолятора не менее 2 мм. За счет этого нахлест ламинированной подложки прямоугольной формы 3 покрытой клеем 7 при креплении RFID-метки к кольцеобразной поверхности изолятора не позволяет смещаться метке по поверхности изолятора, концы полос антенного слоя 4 смыкаются и принимают кольцеобразного форму.
Полимерный изолятор со встроенным сигнальным устройством описан в патенте (RU 176171 U1, МПК Н01В 17/00, Н01В 17/42, Н01В 17/46. Т.А. Несенюк. Полимерный изолятор с встроенным сигнальным устройством. -опубл. 11.01.2018 г. ). Его сигнальное устройство состоит из встроенных в полимерный изолятор электродов и индикатора. Для срабатывания сигнального устройства полосы антенного слоя 4 RFID-метки 10, которую используют в качестве индикатора, крепятся токопроводящим клеем 7 к встроенным в полимерный изолятор 9 электродам, которые находятся со стороны высокого потенциала и со стороны заземленной конструкции. Данное применение метки в качестве индикатора позволит осуществлять контроль состояния изолятора за счет направления тока 8 через токопроводящие элементы RFID-метки 10. По величине направленного через метку тока 8 определяется диэлектрическое состояние изолятора 9 путем регистрации RFID-метки 10 считывающим устройством.
Для каждого типа RFID-метки 10 задается три уставки по току, которые определяют диэлектрическую прочность полимерного изолятора 9 в трех состояниях: нормальное, требуется текущий ремонт, требуется капиальный ремонт. Осмотр, текущий и капитальный ремонт полимерных изоляторов, поиск места замыкания на землю и устранение повреждений выполняются оперативной бригадой по наряду-допуску (Технологические карты на межремонтные испытания оборудования. Инструкция по безопасности эксплуатации электроустановок тяговых подстанций и районов электроснабжения железных дорог ОАО «РЖД». из-во Техинформ 2008).
Маркировка полимерного изолятора по индивидуальному неповторяющемуся номеру чипа 1 позволит автоматизировано осуществлять контроль состояния полимерного изолятора 9 на протяжении всего жизненного цикла. Индивидуальный номер индикатора позволит сформировать паспорт изолятора, который может содержать ряд сведений для анализа отказов: завод-изготовитель, тип изолятора, место хранения, транспортировка, монтаж, месторасположение, результаты технического обслуживания во время эксплуатации и др.
Таким образом, индивидуальная маркировка изоляторов позволит осуществлять автоматизированный контроль состояния каждого изолятора на участках линий электропередачи по току пробоя или току утечки с помощью фиксации маркированного изолятора регистрирующим прибором.