Счётчик импульсов тока через ограничитель перенапряжения

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение для эксплуатационного контроля высоковольтных ограничителей перенапряжения нелинейных (ОПН), выполненных на основе варисторов, применяемых в системах защиты электрических сетей от грозовых и коммутационных импульсов перенапряжения. Этот результат достигается питанием электронных цепей счетчика во время записи импульса тока через ОПН за счёт энергии этого импульса. Предметом изобретения, обеспечивающим получение этого результата, являются электрические цепи, отбирающие часть энергии импульса тока через ОПН и питающие электронные цепи счётчика, в то время как счётчик анализирует и записывает данные в свою энергонезависимую память. Тем самым исключается необходимость в автономных или внешних источниках питания. Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает – повышение надёжности и долговечности счётчика, а также снижение его стоимости. 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение для эксплуатационного контроля высоковольтных ограничителей перенапряжения нелинейных (ОПН), выполненных на основе варисторов, применяемых в системах защиты электрических сетей от грозовых и коммутационных импульсов перенапряжения.

Уровень техники

При эксплуатации ОПН для косвенной оценки состояния варисторов, входящих в состав ОПН, используют, в частности, счетчики импульсов в соответствии с ГОСТ Р 53735.5-2009 (п. 9.3.1), которые срабатывают при импульсных токах через ОПН выше определенной амплитуды. Предполагается, что с ростом числа импульсов тока ресурс ОПН снижается, причём скорость деградации ОПН зависит от количества и амплитуды импульсов тока, поэтому целесообразно производить селекцию импульсов, то есть считать отдельно импульсы большой и меньшей амплитуды.

Известны электромеханические счётчики импульсов тока через ОПН, например, по патентам США US 4338648, US 4495459, US 6208496. Недостатками таких счетчиков является низкая надёжность, присущая электромеханическим устройствам. Кроме того, электромеханические счетчики срабатывают в том числе и на импульсы малой амплитуды, не оказывающие никакого деструктивного действия на современные ОПН. Для защиты обмоток счетчиков от перенапряжения, возникающего при прохождении больших токов через ОПН используются варисторы такой же мощности, что и входящие в состав ОПН, что увеличивает габариты и стоимость счётчиков.

Более надёжными и информативными устройствами являются электронные счетчики импульсов, включающие аналоговые и (или) цифровые вычислительные устройства, обеспечивающие селекцию импульсов по амплитуде тока или по величине заряда и запись этих параметров, а также высокое быстродействие. В частности, приборы мониторинга ОПН, выпускаемые фирмой ABB (Швеция) «Excount-II» [Excount-II. http://www.abb.com], представляют собой интеллектуальные устройства, где центральный процессорный блок осуществляет функцию управления, производит запоминание и хранение получаемой информации по импульсам разрядного тока. В частности, происходит раздельное накопление информации по импульсам тока амплитудой >10 A, >100 A, >1000 A, >5000 A, >10000 A, длительностью 8/20 мкс. Ещё одно устройство, анализирующее параметры импульсов тока через ОПН, представлено в патенте на полезную модель «Устройство для измерения параметров импульсов разрядного тока» (патент RU 77050 от 20.05.2008 г., МПК G01R 31/02). В нём также содержатся аналоговые и цифровые вычислительные устройства, осуществляющие селекцию и запоминание импульсов тока через ОПН. Одним из основных недостатков известных устройств является необходимость в автономном источнике электропитания. Например, в устройстве «Excount-II» в качестве источника питания используется аккумуляторная батарея, заряжаемая от солнечной батареи и датчика электрического поля. Срок службы аккумуляторных батарей невелик. Поскольку минимальный срок службы ОПН по ГОСТ Р 52725-2007 (п. 12.2) составляет 25 лет, за время эксплуатации ОПН придётся несколько раз менять батарею. Кроме того, солнечная батарея со временем загрязняется, что снижает её эффективность. При эксплуатации ОПН в условиях крайнего севера, эффективность солнечных батарей также невелика. В описании к патенту RU 77050 отсутствуют сведения о типе источника питания, но скорее всего там также используется батарея аккумуляторов или гальванических элементов. Применение внешнего питания по проводам во многих случаях нежелательно, в связи с удалённостью установки ОПН от доступных источников электроэнергии.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является прибор для измерения энергии импульса, по патенту США US 5497075 от 05.03.1996 г., МПК G01R 31/02. Прибор включает в себя датчик тока на основе трансформатора тока, выдающий напряжение, пропорциональное току в заземляющем тоководе ОПН, аналоговую измерительную схему, подключенную на выход датчика, процессорный блок обработки и хранения данных, подсоединенный к аналоговой измерительной схеме через аналого-цифровые преобразователи, и выходной дисплей. В описании к патенту не указано, от какого источника питаются электронные компоненты, входящие в состав прибора. По умолчанию предполагается питание от встроенных химических источников энергии или внешнее питание по проводам.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат изобретения – повышение надёжности и долговечности счётчика, а также снижение его стоимости. В настоящем изобретении это достигается питанием электронных цепей счетчика во время записи импульса тока через ОПН за счёт энергии этого импульса. Предметом изобретения, обеспечивающим получение этого результата, являются электрические цепи, отбирающие часть энергии импульса тока через ОПН и питающие электронные цепи счётчика, в то время как счётчик анализирует и записывает данные в свою энергонезависимую память. Тем самым исключается необходимость в автономных или внешних источниках питания.

Заявленное техническое решение поясняется графическими материалами, где:

– на фиг. 1 изображена структурная схема счётчика импульсов тока через ОПН;

– на фиг. 2 – временные диаграммы, поясняющие работу счётчика.

Структуру счётчика иллюстрирует фиг. 1.

ОПН 2 присоединяется одним выводом к защищаемой линии высокого напряжения 1, а другим, через токовод заземления 3 – к заземлению 17. Токовод заземления 3 образует первичную обмотку трансформатора тока 4, на магнитопроводе которого расположена вторичная обмотка. Выводы вторичной обмотки подключены к резистору 5 и к выводам переменного тока мостового выпрямителя 6. К выводам постоянного тока выпрямителя 6 присоединены накопительный конденсатор 7, ограничитель напряжения 8 и, через диод 9, интегрирующий конденсатор 10. Параллельно конденсатору 10 включен вход делителя напряжения 11, выход которого присоединён ко входам пороговых устройств 13 и 14. Выходы пороговых устройств 13 и 14 подключены к цифровым входам вычислительного блока 15, выводы питания которого подключены к выходам стабилизатора напряжения 12, входы которого, в свою очередь, присоединены к конденсатору 7. Вычислительный блок 15 соединён линиями передачи данных с блоком обмена данными 16.

Осуществление изобретения

Заявленный счётчик работает следующим образом.

При протекании импульса тока (обозначено I на фиг. 2) достаточно большой амплитуды через токовод заземления 3, по обмотке, расположенной на магнитопроводе 4, протекает ток, создающий на резисторе 5 напряжение, которое может быть той или иной полярности. Выпрямитель 6 преобразует это напряжение в однополярное. Накопительный конденсатор 7 в период прохождения импульса тока заряжается до напряжения Uc. Одновременно, через диод 9 заряжается интегрирующий конденсатор 10, причём напряжение на конденсаторе 10 приблизительно пропорционально интегралу от импульсного тока I. Диод 9 препятствует разряду интегрирующего конденсатора 10 в цепь питания вычислительного блока 15. Делитель напряжения 11 преобразует напряжение на конденсаторе 10 в пропорционально меньшее напряжение Uд, диапазон изменения которого согласован со входным диапазоном пороговых устройств 13 и 14. Сопротивления резисторов, образующих делитель напряжения 11, выбираются достаточно большими для того, чтобы напряжение на интегрирующем конденсаторе 10 не успевало существенно уменьшится за время считывания. Пороговые устройства (одно или несколько) имеют различные пороги переключения (на фиг. 2 Uп1 и Uп2), величина которых устанавливается в соответствии с требуемыми интервалами энергий анализируемых импульсов тока через ОПН. Выходные сигналы пороговых устройств 13 и 14 представляют собой логические 0 или 1. Они поступают на цифровые входы вычислительного блока 15. К накопительному конденсатору 7 через стабилизатор напряжения 12 подключены выводы питания вычислительного блока 15. С возникновением на выводах питания вычислительного блока 15 напряжения, достаточного для его инициации (кривая +U на фиг. 2), он начинает выполнять записанную в его памяти программу. В ходе выполнения этой программы вычислительный блок 15 анализирует сигналы на выходах пороговых устройств 13, 14 и, в соответствии с их значениями, записывает информацию в свою энергонезависимую память. Этот процесс занимает интервал времени, ограниченный отметками t1 и t2 на фиг. 2. На протяжении процесса анализа и записи информации вычислительным блоком 15, напряжение Uc на накопительном конденсаторе 7 уменьшается вследствие разряда током, питающим вычислительный блок 15. Когда оно станет меньше, чем номинальное выходное напряжение на стабилизаторе напряжения 12 (момент t3 на фиг. 2), вычислительный блок выключится и процесс анализа и записи импульса закончится. Параметры схемы должны быть выбраны таким образом, чтобы для самого слабого импульса тока через ОПН, из тех, которые должны быть зарегистрированы, t2 было бы меньше t3. После спада напряжения счётчик перестаёт получать энергию и прекращает работу до протекания через ОПН следующего импульса тока достаточной энергии. Ограничитель напряжения 8 защищает электронные цепи счётчика при очень больших импульсах тока через ОПН.

Если необходимо считать содержимое счётчика, то во время считывания он может быть запитан от внешнего переносного устройства считывания через индуктивную связь или непосредственным подключением внешнего источника питания через разъём по проводам. Данные, хранящиеся в энергонезависимой памяти вычислительного блока 15, могут быть переданы через блок обмена данными 16 в устройство считывания.

В качестве ограничителя напряжения 8 может быть использован стабилитрон или супрессор, в качестве пороговых устройств 13 и 14 – микросхемы аналоговых компараторов. В качестве вычислительного блока 15 может быть использован микроконтроллер, имеющий в своём составе энергонезависимую память данных. Пороговые устройства могут входить с состав микроконтроллера. В качестве пороговых устройств также могут быть использованы аналого-цифровые преобразователи, входящие в состав микроконтроллера; в таком случае уровни порогов могут задаваться программно. Блок обмена данными также может входить в состав микроконтроллера.

Счётчик импульсов тока через ограничитель перенапряжения, содержащий 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, отличающийся тем, что он дополнительно содержит выпрямитель, два конденсатора, диод и стабилизатор напряжения, причём выводы переменного тока выпрямителя соединены с выводами вторичной обмотки трансформатора тока, а выводы постоянного тока выпрямителя подключены параллельно к первому конденсатору, к ограничителю напряжения, к входам стабилизатора напряжения и, через диод, ко второму конденсатору, делитель напряжения подключен входными выводами ко второму конденсатору, а выходными – к входам пороговых устройств, причём выходы стабилизатора напряжения соединены с выводами питания вычислительного блока.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение контроля целости вторичных цепей одновременно четырех вторичных обмоток трансформатора тока, имеющих одинаковый коэффициент трансформации.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для контроля состояния конденсаторов связи на энергообъектах, может быть использовано для определения начала процесса разрушения конденсатора связи и своевременной его замены.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для испытания трансформаторов на трансформаторных заводах. Технический результат состоит в расширении экслуатационных возможностей.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для испытания трансформаторов на трансформаторных заводах. Технический результат состоит в расширении экслуатационных возможностей.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля параметров и диагностики технического состояния электрооборудования переменного тока, функционирование которого состоит из периодически повторяющихся циклов.

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано для диагностики состояния изоляции электрического оборудования, в частности асинхронных электродвигателей.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для нахождения распределения электрического напряжения по слоям изоляции обмотки электрической машины для оценки изменения ее электрической прочности.

Данное изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, предназначенным для обеспечения эксплуатации воздушных линий электропередачи высокого напряжения.

Данное изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, предназначенным для обеспечения эксплуатации воздушных линий электропередачи высокого напряжения.

Изобретение относится к средствам контроля технического состояния и может быть использовано для контрольно-проверочных испытаний агрегатов электрооборудования наземных транспортных средств напряжением 12-24 В.
Изобретение относится к области технической защиты информации в различных сферах деятельности. Техническим результатом является исключение утечки защищаемой информации по каналам побочных электромагнитных излучений и наводок, образованных средством вычислительной техники объекта информатизации через средства мобильной связи и закладочные устройства.

Изобретение относится к области радиотехнических измерений. Способ определения коэффициента дополнительного затухания сигналов в канале радиосвязи с летательным аппаратом заключается в том, что посредством передающего устройства, расположенного на летательном аппарате, через передающую антенну излучают сигналы на заданной частоте, в стороннем приемном устройстве с помощью приемной антенны регистрируют времена прихода сигналов, на основании которых строят временную диаграмму приема сигналов, далее из временной диаграммы приема определяют моменты времени, соответствующие началу или окончанию приема сигналов, для данных моментов времени рассчитывают мощность сигналов на входе приемного устройства без учета дополнительного затухания сигналов, включающего уменьшение мощности сигналов вследствие прохождения через плазменную оболочку, образующуюся у раскрыва антенны летательного аппарата, и уменьшение мощности сигналов вследствие уменьшения коэффициента усиления антенны летательного аппарата, при этом фактическую мощность сигналов на входе приемного устройства в моменты времени, соответствующие началу или окончанию приема сигналов, принимают равной чувствительности приемного устройства, далее определяют коэффициент дополнительного затухания сигналов, равный отношению рассчитанной мощности к фактической.

Изобретение относится к технике радиофизических измерений и может быть использовано для измерения в миллиметровом участке спектра собственного теплового излучения разнообразных быстропротекающих газодинамических процессов, развивающихся в радиопрозрачных объектах.

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано при определении мест размещения двух антенн на одном носителе. Сущность: определяют место размещения первой антенны в зоне излучения второй антенны исходя из функциональных характеристик первой антенны, выбирают метаматериал и геометрию для изготовления первой антенны, представляющей собой полосно-пропускающий фильтр, со свойством радиопрозрачности в рабочем диапазоне частот второй антенны, рассчитывают геометрию первой антенны с учетом возможности достижения максимальной радиопрозрачности в диапазоне второй антенны, принимая во внимание характеристики выбранного метаматериала, изготавливают первую антенну.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности, для испытаний радио- и радиоэлектронного бортового оборудования (БРЭО) на электромагнитную совместимость (ЭМС).

Изобретение относится к вакуумной микроэлектронике СВЧ, а именно к измерению характеристик пленочных локальных поглотителей энергии СВЧ на опорных диэлектрических стержнях усилительного прибора СВЧ.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения электрических зарядов обоих знаков, включая высоковольтные заряды статического электричества, образующиеся в потоках движущихся диэлектрических жидкостей, например светлых нефтепродуктов.

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерений напряженности электрического поля атмосферы при проведении метеорологических, геофизических и радиофизических исследований, а также для оценки экологического состояния атмосферы и поверхности Земли, в частности при исследовании естественного и антропогенного электромагнитных фонов земной атмосферы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения напряженности электростатических полей различных заряженных материалов и изделий.

Устройство предназначено для использования в составе автоматики определения и контроля параметров электрической сети среднего напряжения и настройки контура нулевой последовательности посредством создания искусственного возмущения кратковременного действия.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в крупных электрических машинах для контроля подшипниковых токов. Техническим результатом является использование способа для контроля подшипниковых токов с применением простого по конструкции трансформатора тока с вращающейся первичной обмоткой без использования подвижного электрического контакта.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение для эксплуатационного контроля высоковольтных ограничителей перенапряжения нелинейных, выполненных на основе варисторов, применяемых в системах защиты электрических сетей от грозовых и коммутационных импульсов перенапряжения. Этот результат достигается питанием электронных цепей счетчика во время записи импульса тока через ОПН за счёт энергии этого импульса. Предметом изобретения, обеспечивающим получение этого результата, являются электрические цепи, отбирающие часть энергии импульса тока через ОПН и питающие электронные цепи счётчика, в то время как счётчик анализирует и записывает данные в свою энергонезависимую память. Тем самым исключается необходимость в автономных или внешних источниках питания. Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает – повышение надёжности и долговечности счётчика, а также снижение его стоимости. 2 ил.

Наверх