Датчик гололедных нагрузок

 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в высоковольтных линиях электропередач для контроля наличия гололеда на проводах с использованием каналов телемеханики и кодо-импульсных сигналов. Сущность изобретения: устройство содержит чувствительный элемент, кинематически связанный с преобразователем перемещения в электрический сигнал, имеющий кодирующее устройство в виде набора шариков, считывающее, а также контактное устройство. Преобразователь оснащен собственным подвижным корпусом, шарики кодирующего устройства выполнены токопроводящими и установлены в специальной корзинке, дающей возможность менять рабочий код. При этом считывающее устройство представляет из себя размещенные по дуге и встроенные в корпусе преобразователя токопроводящий элемент, выполняющий функцию общего провода, и съемник, выполненный из отдельных изолированных друг от друга токопроводящих площадок. Корпус преобразователя заполнен морозостойкой жидкой средой, например маслом. Устройство позволяет фиксировать как начало процесса гололедообразования, так и динамику этого процесса во времени. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в линиях электропередачи для контроля наличия гололеда на подвесках проводов с использованием каналов телемеханики.

Известны датчики, предназначенные для контроля гололедных нагрузок (см., например, а.с. N 752587 (СССР), кл. H 02 G 7/16; а.с. N 957333 (СССР), кл. H 02 G 7/16), содержащие чувствительный элемент в виде штока гидроцилиндра, а также преобразователи перемещения штока в электрический сигнал. Однако они конструктивно сложны, работают в ограниченном режиме измерения, фиксируя только конкретный уровень гололедной нагрузки.

Известны также датчики гололедных нагрузок по а.с. N 888253 (СССР), кл. H 02 G 7/16 и а.с. N 828291 (СССР), кл. H 02 G 7/16, которые могут работать в режиме непрерывного контроля за скоростью нарастания гололеда даже при вибрации и пляске проводов, содержащие чувствительные элементы в виде подпружиненных поршней и преобразователи перемещения в электрический сигнал, выдающие его на диспетчерский пункт (ДП) при возникновении аварийной ситуации. Эти датчики также сложны по конструкции и обладают низкой точностью контроля при динамическом изменении нагрузок на проводах в условиях вибрации и пляски.

Наиболее близким по функциональной схеме является датчик гололедных нагрузок по а. с. N 826480 (СССР), кл. H 02 G 7/16, принятый за прототип. Датчик содержит корпус, внутри которого установлен гидроцилиндр, шток которого, являясь чувствительным элементом, реагирует на гололедную нагрузку, воздействующую на подвеску провода контролируемого участка линии электропередачи. Датчик содержит также преобразователь перемещения в электрический сигнал, включающий кодирующее устройство в виде набора шаров, размещенных в гнездах втулки, кинематически связанной с концом чувствительного элемента (штока), а также механическое считывающее устройство, представляющее собой размещенный в расточке корпуса ползун с односторонне откидывающейся по оси собачкой. Считывающих устройств в преобразователе может быть несколько (по числу наборов шаров), каждое из которых через подпружиненный рычаг взаимодействует с собственным контактным сигнализирующим устройством. Все контактные сигнализирующие устройства датчика объединены общим проводом и посредством системы телемеханики связаны с устройством приема информации на ДП (счетчиками импульсов). Чувствительный элемент этого датчика имеет фиксатор, освобождающий шток по достижении нагрузок определенного значения. В этом случае на ДП поступает сигнал, сформированный каждым из наборов шаров в виде единичного (число-импульсного) кода, по количеству и периоду между соседними импульсами которого предполагается судить об уровне и характере изменения гололедной нагрузки, а также об участке, на котором возникла опасная гололедная нагрузка (т. е. определить адрес участка). Однако данное устройство имеет недостатки, делающие использование его в подобных системах контроля трудноосуществимым, малоэффективным и дорогостоящим.

1) В условиях дополнительных (кроме гололедных) нагрузок, например ветре, "пляске" проводов, достоверность контроля с использованием число-импульсного кода сомнительна, т.к. в случае обратного хода чувствительного элемента (штока) знак его перемещения не определяется и единичные импульсы будут выдаваться повторно.

2) Весьма проблематичным является определение номера участка (адреса) по количеству серий импульсов и форме сигналов с различной скважностью, т.е. с несколькими наборами шаров для систем с большим количеством адресов, например сто, т. к. такое количество адресов шариками создать непросто и невыгодно, кроме того, для каждого из n наборов шаров требуется n считывающих устройств, n счетчиков импульсов и n линий связи. При этом может возникнуть проблема с определением номера участка. Например, если номер участка седьмой, а интервал между соседними импульсами соответствует шагу роста нагрузки, например 50 кг, то при гололедной нагрузке в 150 кг мы получим только три импульса, т.е. значение нагрузки, а истинный номер участка не узнаем (по числу импульсов он будет третьим). И наоборот, когда номер участка маленький, например второй, для точного измерения гололедной нагрузки в 150 кг нужно менять шаг роста нагрузки. Наблюдение же за сигналами с помощью осциллографа приемлемо для лабораторных работ, но не для полигонов, испытательных станций и линий электропередач.

Передача информации по одной линии связи от нескольких датчиков гололедных нагрузок также либо проблематична (если датчики географически находятся близко друг от друга), либо неэффективна, т.к. аппаратура диспетчерского пункта должна все время находиться в режиме ожидания.

3) Устройство обладает конструктивной сложностью, а следовательно, малонадежно.

Учитывая то обстоятельство, что динамические гололедные нагрузки, особенно в районах, где линии электропередач подвержены дополнительным нагрузкам, очень часто являются причиной аварий на линиях, задача контроля за скоростью нарастания нагрузок на подвески проводов приобретает особую актуальность.

Известно, что нарастание гололеда до аварийных масс может осуществляться за считанные часы. Подготовка устройств плавки гололеда требует от одного часа и более (зависит от схемы плавки, потребителя, протяженности ЛЭП и т.д. ). Поэтому для эффективной борьбы с гололедом важны два фактора: 1 - зафиксировать начало процесса гололедообразования; 2 - достоверная и надежная регистрация динамики процесса гололедообразования.

Несвоевременная и недостоверная информация о гололедообразовании ведет к громадным убыткам. Так, например, в зиму 1993-1994 гг. гололед на ЛЭП только в Камышинском районе Волгоградской области нанес ущерб свыше одного миллиарда рублей. Кроме того, известно, что все высоковольтные ЛЭП, подверженные гололедообразованию, имеют различные параметры в зависимости от мощности самой линии (длина пролета между опорами, диаметр и количество проводов в фазе, количество и габариты изолятора). Существующие на сегодняшний день датчики гололедных нагрузок в основном рассчитаны на срабатывание, уже имеющееся на контролируемом участке ЛЭП гололедной нагрузки, величина которой стала превышать определенное значение, не фиксируя момент начала гололедообразования. Все они также не отличаются универсальностью и не могут быть использованы для любого типа ЛЭП, т.к. чувствительный элемент напрямую связан с формирователем сигналов.

Использование данного изобретения позволяет с особой точностью и достоверностью однозначно фиксировать как начало процесса гололедообразования, так и измерять текущее значение нагрузки в любых режимах современных средств телемеханики, а также использовать датчик, практически не внося изменений в конструкцию, на ЛЭП любого типа и мощности. Это достигается тем, что в датчике гололедных нагрузок, включающем установленные в корпусе чувствительный элемент, кинематически связанный с преобразователем перемещения в электрический сигнал, имеющий кодирующее устройство, выполненное в виде набора шариков, считывающее, а также контактное устройство, которое через каналы телемеханики связано с устройством приема информации на ДП, преобразователь оснащен собственным корпусом, смонтированным с возможностью поворота относительно опорной оси, а считывающее устройство жестко встроено в корпус преобразователя и выполнено в виде размещенных по дуге у его противоположных стенок токопроводящего элемента и съемника, выполненного в виде токопроводящих площадок, изолированных друг от друга. Кроме того, шарики выполнены токопроводящими и помещены в корпусе преобразователя с возможностью контактирования с токопроводящим элементом, выполняющим функцию общего провода, и площадками съемника. С целью получения различных комбинаций сигналов кодирующее устройство - набор шариков оснащены корзинкой, а для исключения их подмерзания из-за образующегося при работе конденсата корпус преобразователя заполняется морозостойкой жидкостью, например маслом.

Такое выполнение датчика гололедных нагрузок за счет отказа от прямой связи чувствительного элемента с кодирующим устройством и введения дифференцированной связи (чувствительный элемент - ступенчатая кинематика - подвижный корпус преобразователя) позволяет, в отличие от известных устройств, отстраиваться от влияния начального веса проводов и гирлянды и измерять только гололедную и ветровую нагрузку, делает датчик универсальным, т.е. применимым на различных типах ЛЭП без изменения габаритов устройства.

Использование сочетания перестраиваемого кодирующего устройства с предлагаемым считывающим устройством дает возможность применения кодо-импульсного способа передачи информации взамен число-импульсного, что резко расширяет функциональные возможности, достоверность и точность измерения.

Благодаря такому решению отпадает необходимость во множестве линий связи, а также в дополнительной аппаратуре на диспетчерском пункте.

Совмещение функций кодирующего и контактного устройства в одном элементе - наборе шариков упрощает конструкцию датчика, повышает надежность его работы в громадном диапазоне температур (от -40 до +50^oC), т.е. летом датчик может не сниматься.

При возникновении дополнительных нагрузок ("пляска", ветер) датчик легко фиксирует их путем первоначальной настройки на заданный вес. При этом, в отличие от известных, конструкция предлагаемого датчика гололедных нагрузок предельно проста, что выгодно влияет на надежность и долговечность работы.

На фиг. 1 - изображен датчик гололедных нагрузок, общий вид; на фиг. 2 - преобразователь перемещения в сигнал; фиг. 3 - вариант кодирующего устройства; на фиг. 4 схематично показан принцип формирования сигнала в исходном состоянии датчика.

Предлагаемый вариант выполнения датчика гололедных нагрузок содержит корпус 1, который крепится непосредственно к траверсе 2. Внутри корпуса 1 установлен чувствительный элемент, содержащий стержень 3, жестко связанный с верхним изолятором гирлянды, и пружину 4. К пружине 4 жестко прикреплена планка 5, имеющая сквозное отверстие, в которое вставлена верхняя часть стержня 3, снабженная регулировочной гайкой 6. Планка 5 шарнирно связана с толкателем 7, который также шарнирно связан с корпусом 8 преобразователя перемещения в электрический сигнал (ППС). Корпус 8 ППС смонтирован, например, на стойке 9 с возможностью поворота относительно опорной оси 10. В нижней части корпуса 8 ППС у его противоположных друг другу стенок встроено считывающее устройство, представляющее собой дугообразный токопроводящий элемент 11, выполняющий функцию общего провода, и съемники 12, выполненные в виде токопроводящих площадок, изолированных друг от друга и размещенных по такой же дуге (с тем же радиусом кривизны), что и элемент 11. Преобразователь содержит также кодирующее устройство, являющееся одновременно и контактным устройством, выполненное в виде набора шариков 13, размещенных в корзинке 14 в комбинациях и количестве, соответствующих выбранному рабочему коду. Шарики 13 установлены внутри корпуса 8 ППС и при свободном перекатывании контактируют с токопроводящими площадками съемника 12 и токопроводящим элементом 11 (общим проводом). При этом шарики 13 выполнены токопроводными (поверхность или полностью). Для того чтобы исключить подмерзание шариков 13 из-за конденсированной влаги, возникающей при смене температуры, полость корпуса 8 ППС заполняется морозостойкой жидкой средой, например маслом.

Внешняя форма корпуса 8 ППС может быть различной: круглой, прямоугольной, сегментообразной, квадратной и т.п. Форма выполнения корзинки 14 тоже может быть разнообразной. На фиг. 3 изображен один из вариантов выполнения корзинки 14 кодирующего устройства с круглыми гнездами.

Перед началом работы с датчиком осуществляют выбор вида и разрядности рабочего кода. Например, в случае выбора пятиразрядного рабочего кода шарики 13 устанавливают в гнездах корзинки 14, например, в количестве 4 штук и в комбинации "один - пробел - три подряд" (см. фиг. 3, 4), а затем помещают в корпус 8 ППС до соприкосновения с токопроводящим элементом 11 и съемником 12. После подсоединения гирлянды с электрическим проводом к стержню 3 производят дальнейшую настройку датчика. В момент подсоединения гирлянды с проводом стержень 3 не закреплен на планке 5, поэтому пружина 4 под их весом несколько сжимается. По риске на корпусе 8 ППС (на чертеже не показано) устанавливается нулевое состояние датчика, после чего стержень закрепляется на планке гайкой 6. А так как шарики 13 выполнены токопроводящими, то в местах их контактирования со считывающим устройством цепь замыкается и на устройстве приема информации ДП фиксируется сигнал в виде набора символов пятиразрядного кода, соответствующий "нулевому" положению датчика, например, "00001" (символ "1" формируется при контактировании шарика с одной из площадок съемника 12 и общим проводом, функцию которого выполняет токопроводящий элемент 11, а символ "0" - когда шарик 13 не контактирует с площадкой съемника 12, т.е. попадает в изолирующий промежуток между проводящими площадками съемника 12, см. фиг. 4). "Нулевое" положение датчика соответствует состоянию контролируемого участка при отсутствии гололедной и дополнительных нагрузок, т.е. датчик находится в исходном состоянии и готов к работе.

При появлении обледенения на контролируемом участке чувствительный элемент датчика реагирует на нарастание веса гирлянды с проводом. При этом стержень 3, жестко связанный с ними, перемещаясь вниз под воздействием нарастания нагрузки, сжимает пружину 4. Планка, жестко связанная с последней, приводит в движение шарнирно связанный с ней толкатель 7, который, в свою очередь, через шарнир воздействует на корпус 8 ППС, поворачивая его вокруг оси крепления 10 на угол, пропорциональный перемещению стержня 3 и пружины 4. В этот момент шарики 13, находящиеся в контакте со считывающим устройством, приходят в движение и скатываются за счет собственного веса по дуге считывающего устройства, стремясь занять устойчивое положение. При этом меняется взаиморасположение шариков 13 и площадок съемника 12, а следовательно, на пульте диспетчера появляется сигнал в виде нового набора символов пятиразрядного кода, например "00101". Зная заранее, какому значению нагрузки соответствует принятый сигнал, можно вести постоянный контроль за уровнем и скоростью нарастания гололеда, а в случае превышения нагрузкой допустимых значений либо скорости нарастания принять срочные меры к устранению предаварийной ситуации.

Формула изобретения

1. Датчик гололедных нагрузок, включающий установленные в корпусе чувствительный элемент, кинематически связанный с преобразователем перемещения в электрический сигнал, имеющий кодирующее устройство, выполненное в виде набора шариков, считывающее устройство, а также контактное устройство, отличающийся тем, что преобразователь оснащен собственным корпусом, смонтированным с возможностью поворота относительно опорной оси, а считывающее устройство жестко встроено в корпус преобразователя и выполнено в виде размещенных по дуге у его противоположных стенок токопроводящего элемента и съемников, при этом последний выполнен в виде токопроводящих изолированных одна от другой площадок, а шарики выполнены также токопроводящими и размещены в корпусе преобразователя с возможностью контактирования с токопроводящим элементом и съемником с образованием контактного устройства.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что шарики оснащены корзинкой и имеют возможность размещения в ней в комбинациях и количестве, соответствующих выбранному коду.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что корпус преобразователя заполнен морозостойкой жидкостью, например маслом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4