Устройство определения остаточного ресурса искрового разрядника

Полезная модель относится к области электротехники, к устройствам для регистрации количества срабатываний искрового разрядника, предназначенного для защиты устройств от больших импульсных токов. Может использоваться для своевременного обслуживания и замены искровых разрядников, защищающих удаленные объекты от воздействия импульсных грозовых разрядов.
Известен грозозащитный разрядник со счетчиком срабатываний по патенту Китая CN 202535060, Н02Н 9/04, 2012. Шестифазный грозозащитный разрядник состоит из первого пьезосопротивления, второго пьезосопротивления, 3-го пьезосопротивления, 4-го пьезосопротивления, 5-го пьезосопротивления, 6-го пьезосопротивления и счетчика. Счетчик содержит трехфазный трансформатор тока и дисплей счетчика, показывающий количество случаев перенапряжения. Шестифазный грозозащитный разрядник снабжен тремя клеммами для соединения с трехфазным трансформатором тока счетчика. Счетчик, соответственно, соединен с трехфазной линией защитного оборудования. Недостатком является необходимость использования источника тока, что не позволяет защищать объекты, расположенные в труднодоступных местах, вдали от линий электропередач.
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. Получение достоверной информации о работоспособности защитного устройства позволяет своевременно производить его отключение или замену. Проведение оценки функции контроля срабатывания устройства и его технического состояния выполняет программа микроконтроллера путем сравнения напряжений или токов. Недостатком является сложность устройства контроля, связанная с необходимостью использования специального программного обеспечения и микроконтроллера, необходимость использования источника питания.
Известно устройство защиты оборудования от импульсных перенапряжений по патенту РФ на полезную модель №194140, Н02Н 9/06, 2019. Устройство содержит варистор, управляемый искровой разрядник, выполненный с возможностью управления параллельно подключенным к нему блоком управления, и датчик тока. Датчик тока снабжен индикатором количества срабатывания искрового разрядника. Выход датчика тока через блок управления соединен с управляющим электродом разрядника. При включении управляемого искрового разрядника импульс от датчика тока по кабелю поступает на индикатор количества срабатываний. Контроль количества срабатываний, определяемых по индикатору, позволяет контролировать ресурс работы устройства. Недостатком является сложность работы индикатора количества срабатываний, связанного с блоком управления разрядника, необходимость применения сложного электронного оборудования, программного обеспечения и автономного питания, невозможность применения устройства в полевых условиях без установки контрольно-измерительных пунктов (КИП).
Известен счетчик разрядов для молниеотводов по патенту на изобретение US 4338648, G01R 13/06, 1982. Счетчик разрядов в комбинации с измерителем тока утечки для разрядника перенапряжения содержат варистор, непосредственно соединяющий разрядник перенапряжения напряжения с землей, первый выпрямительный мост, имеющий первую и вторую входные клеммы, первый резистор, соединяющий первую входную клемму с соединением между разрядником и варистором. Вторая входная клемма, подключена непосредственно к земле. Первый конденсатор, шунтирует указанные первую и вторую выходные клеммы. Счетчик содержит последовательную комбинацию второго резистора и амперметра, считывающего ток утечки через разрядник. Второй выпрямительный мост имеет третью входную клемму, непосредственно соединенную с соединением между разрядником и варистором, четвертую входную клемму, непосредственно соединенную с землей, и третью и четвертую выходные клеммы. Второй конденсатор, шунтирует указанные третью и четвертую выходные клеммы. Счетчик содержит последовательную комбинацию третьего резистора и катушки циклометра, соединенных через второй конденсатор. Катушка циклометра активирует счетчик для регистрации количества разрядов через разрядник. Недостатком является возможность использования устройства для разрядника с варистором и сложность использования его для газонаполненного искроразрядника (УЗИП), отсутствие гальванической развязки, необходимость использования амперметра, большое количество элементов схемы, в том числе использование мостовых выпрямителей с большим количеством диодов, усложняющее конструкцию и снижающее надежность работы устройства.
Известен счетчик разрядов с нелинейным резистором по патенту на изобретение US 6208496, G01R 19/17, 2001. Счетчик содержит клемму разрядника, клемму заземления, нелинейный резистор, включающий оксид цинка в качестве основного компонента, оксид висмута и оксид титана в качестве подкомпонентов, подключенный между клеммой разрядника и клеммой заземления, конденсатор, подключенный к указанному нелинейному резистору параллельно между клеммой разрядника и клеммой заземления и счетчик, сконфигурированный для подсчета количества раз, когда ток разряда протекает от указанного конденсатора. При этом счетчик подключен параллельно указанному нелинейному резистору и указанному конденсатору. Счетчик разрядов дополнительно содержит: параллельную схему, содержащую полупроводниковый элемент, выполненный с возможностью ограничения напряжения перенапряжения до фиксированного напряжения, и последовательную схему, содержащую сопротивление и амперметр, подключенные между указанной параллельной схемой, включающей указанный конденсатор, указанный счетчик и указанную клемму заземления. Недостатком является сложность конструкции устройства, большое количество комплектующих элементов, в том числе диодов. Наличие амперметра так же усложняет использование устройства, т.к. процесс регистрации грозового разряда быстротечен и наблюдение показаний амперметра возможно только в момент прохождения разряда, что практически невозможно уловить.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран счетчик импульсов тока через ограничитель перенапряжения по патенту России на изобретение №2714526, G01R 31/02, 2020. Высоковольтный ограничитель перенапряжения нелинейных (ОПН), выполненный на основе варисторов, присоединяется 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 мостового выпрямителя присоединены накопительный конденсатор, ограничитель напряжения, 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 которого 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 работы счетчика импульсов тока через ограничитель перенапряжения, сложность конструкции устройства, необходимость использования вычислительного блока с программным обеспечением, иного электронного оборудования.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является упрощение конструкции устройства определения остаточного ресурса искрового разрядника.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве определения остаточного ресурса искрового разрядника, содержащем корпус, трансформатор тока, обмотка которого расположена на сердечнике, через сердечник пропущен кабель вывода искрового разрядника, согласно полезной модели, устройство определения остаточного ресурса искрового разрядника содержит электромеханический счетчик, который связан с трансформатором через формирователь сигналов, содержащий два диода, связанные с обмоткой трансформатора и конденсатор.
Технический результат обеспечивается за счет использования электромеханического счетчика в сочетании с формирователем сигналов, вход которого связан с выходом датчика тока, позволяет преобразовать электрический сигнал от измерительного трансформатора, сохранив его величину заряда, уменьшив величину напряжения, но увеличив при этом длительность сигнала. Это позволяет отказаться от использования в устройстве контроллера с программным управлением и позволяет применить электромеханический счетчик, вход которого связан с выходом формирователя сигналов. Увеличение длительности сигнала делает возможным улавливание его приемным элементом электромеханического счетчика с дальнейшим преобразованием электрического сигнала в механическое воздействие на элемент, который изменяет значения на шкале показаний количества срабатываний счетчика. Таким образом, применение электромеханического счетчика с формирователем сигналов позволяют упростить конструкцию устройства определения остаточного ресурса искрового разрядника, отказаться от применения сложных электронных устройств и от применения источника питания для заявляемого устройства.
На фигуре 1 представлена схема защиты участка трубопровода от импульсных грозовых разрядов с применением устройства определения остаточного ресурса искрового разрядника.
На фигуре 2 схематично представлено устройство определения остаточного ресурса искрового разрядника, размещенное на кабеле.
Устройство определения остаточного ресурса искрового разрядника содержит корпус 1, с отверстием 2, вокруг которого, внутри корпуса 1 размещена обмотка трансформатора 3, соединенного с формирователем сигналов 4. Формирователь сигналов 4 соединен с электромеханическим счетчиком количества срабатываний 5 искрового разрядника 6. Искровой разрядник 6 соединен с защищаем объектом 7 кабелем 8. На выходе из искрового разрядника 6 на кабеле 8 размещают корпус 1, таким образом, что кабель 8 расположен внутри сквозного отверстия в корпусе 1.
Устройство определения остаточного ресурса искрового разрядника работает следующим образом. В отверстие корпуса 1 пропускают кабель 8, идущий от искрового разрядника 6. При попадании разряда на защищаемый объект 7, например, на трубопровод, через искровой разрядник 6 протекает импульс тока, пробивается искровой промежуток между двумя электродами разрядника 6, импульс тока проходит через заземленный электрод разрядника 6, снимая перенапряжение с защищаемого участка. При прохождении импульса тока по кабелю 8 в обмотке трансформатора 3 возникает индукционный ток, на формирователь сигналов 4 поступает электрический сигнал. С помощью формирователя сигналов 4 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 5. Электромеханический счетчик 5 суммирует все прошедшие через разрядник 6 импульсы той силы тока, на которую настроен трансформатор 3. Зная количество прошедших импульсов и ресурс разрядника 6 по прохождению через него разрядов заданной величины, судят об оставшемся ресурсе. Применение электромеханического счетчика 5 позволяет значительно упростить конструкцию устройства за счет отказа от применения электронных составляющих и программного обеспечения, ускорить и упростить процесс монтажа и установки устройства, применять устройство без автономного источника питания, отказаться от установки КИП для его размещения, упростить технологию сборки устройства.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет упростить конструкцию устройства определения остаточного ресурса искрового разрядника.