Способ контроля состояния контактных соединений электрических цепей


 

G01R31/00 - Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений; устройства для электрических испытаний, характеризующихся объектом, подлежащим испытанию, не предусмотренным в других подклассах (измерительные провода, измерительные зонды G01R 1/06; индикация электрических режимов в распределительных устройствах или в защитной аппаратуре H01H 71/04,H01H 73/12, H02B 11/10,H02H 3/04; испытание или измерение полупроводниковых или твердотельных приборов в процессе их изготовления H01L 21/66; испытание линий передачи энергии H04B 3/46)

Владельцы патента RU 2515360:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) (RU)

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано при создании систем контроля технологических процессов, связанных с эксплуатацией контактных соединений электрических цепей в промышленности и на транспорте. Способ заключается в том, что на обесточенное контактное соединение подается импульс тока, имеющий постоянную составляющую, затем снимаются сигналы тока и падение напряжения от этого тока на зажимах контактного соединения, кривые тока и напряжения раскладываются в ряд Фурье, определяются активное и реактивные сопротивления контактного соединения для каждой гармоники тока и напряжения. Из спектра падения напряжения вычитаются гармоники связанные с источником тока. По оставшимся гармоникам части спектра напряжения оценивается состояние контактного соединения путем сопоставления этих гармоник с характерными неисправностями контактного соединения, сравниваются активное и реактивное сопротивления гармоник с эталонными для данного типа контактного соединения. Технический результат заключается в возможности контроля динамики развития процесса разрушения контактного соединения.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к созданию высококачественных систем контроля технологических процессов, связанных с эксплуатацией электрических цепей.

В энергетике, в промышленности и на транспорте в электрических цепях стационарных и подвижных объектов используется большое число типов контактных соединений. Работа контактного соединения в процессе эксплуатации начинается от нормального режима, когда контакт можно охарактеризовать линейным электрическим элементом, обладающим активным сопротивлением. Электрический контакт зависит от таких параметров, как удельное сопротивление материала (или материалов), площади контакта, контактного давления, температуры, оксидных пленок и других факторов, связанных с условиями эксплуатации. При этом в контактных соединениях происходит ухудшение их эксплуатационных свойств, вплоть до их разрушения, связанное с такими явлениями, как повышенный нагрев, окисление, искрение, образование электрической дуги, разбрызгивание металла [1]. Контактное соединение в стадии конструктивных отклонений от нормы представляет собой довольно сложный нелинейный электрический элемент, характеризующийся в общем случае не только одним электрическим параметром (активным сопротивлением), но и другими параметрами, более полно определяющими контактное соединение в этом состоянии. На практике существует несколько способов контроля электрического состояния контактных соединений, которые фактически позволяют измерить или оценить активное сопротивление контакта при пропускании по нему небольшого по величине постоянного тока. Полученное таким образом численное значение активного сопротивления контакта сравнивается с его допустимым значением [2].

Процессы старения контактного соединения могут протекать с различной скоростью, поэтому существующие способы контроля при однократной процедуре измерения активного сопротивления контактного соединения практически не позволяют оценить динамику развития процесса разрушения контактного соединения и не дают информацию о причинах изменения контактного сопротивления.

Предлагаемый способ контроля состояния контактных соединений электрических цепей разработан на основе теории гармонического анализа [3, 4], на результатах данных патента [5] и решает указанные задачи.

Способ позволяет получить частотные спектры тока, протекающего по контактному соединению, и падение напряжения на нем от этого тока, определить его полное комплексное сопротивление для каждой гармоники в отдельности, оценить состояние контактного соединения по активной и реактивной составляющим полного комплексного сопротивления гармоник, а также получить информацию о возможности возникновения искрения и образования электрической дуги при эксплуатации контактного соединения.

Способ сводится к реализации следующих процедур. Контактное соединение электрической цепи обесточивается. На зажимы контактного соединения подается любой по форме импульс тока (содержащий постоянную составляющую), например прямоугольный импульс, и снимаются сигналы входного тока и напряжения на зажимах контактного соединения, кривые тока и напряжения раскладываются в ряд Фурье. При этом члены разложения в ряд Фурье прямоугольного импульса тока будут содержать нечетные гармоники и постоянную составляющую тока. Принимается линейная электрическая схема замещения контактного соединения, в этом случае в снятой осциллограмме напряжения будут присутствовать те же гармоники, что и в спектре тока, плюс постоянная составляющая напряжения. Далее по закону Ома находятся значения модуля полного комплексного сопротивления контактного соединения для каждой гармоники в отдельности тока и напряжения, а также определяется активное сопротивление контактного соединения по постоянным составляющим тока и напряжения по формулам:

Zk=Umk/Imk и R0=U0/I0,

где Zk - модуль полного комплексного сопротивления Zk=Rk+JXk k-той гармоники (j - мнимая единица); R0 - активное сопротивление; Umk и Imk - амплитудные значения k-ой гармоники напряжения и тока соответственно; U0 и I0 - постоянные составляющие ряда Фурье напряжения и тока соответственно, Rk - активное сопротивление k-той гармоники, Xk - реактивное сопротивление k-той гармоники. Полное комплексное сопротивление Zk=Rk+jXk, характеризующее контактное соединение, может носить индуктивный Xk>0, емкостной (Xk<0) или активный характер (Xk=0), которые определяют физические свойства исследуемого контактного соединения в дополнение к общепринятому активному сопротивлению R0. Если значения модулей полных комплексных сопротивлений контактного соединения k-тых гармоник Zk практически совпадают с активным сопротивлением R0, то реактивное сопротивление у полного комплексного сопротивления гармоник будет равно нулю Xk=0, тогда активные сопротивлениям гармоник принимаются равными активному сопротивлению r0(Rk=R0), которое принимается за активное сопротивление контактного соединения R0. Если значения модулей полных комплексных сопротивлений контактного соединения k-тых гармоник больше значения сопротивления найденного для постоянных составляющих тока и напряжения Zk>R0, то значения реактивных сопротивлений k-тых гармоник вычисляются по формуле:

X k = ( Z k 2 R 0 2 ) ,

где знак определяется по следующему правилу. Если кривая тока будет более синусоидальной, чем кривая напряжения, то коэффициент гармоник напряжения будет больше коэффициента гармоник тока KГU>KГI, тогда полное комплексное сопротивление носит индуктивный характер (Xk>0). Если кривая тока будет более несинусоидальной, чем кривая напряжения, то коэффициент гармоник напряжения будет меньше коэффициента гармоник тока KГU<KГI, тогда полное комплексное сопротивление носит емкостной характер (Xk<0).

По найденным значениям активного и реактивного сопротивлений в зависимости от типа контактного соединения делается оценка о его дальнейшей эксплуатации. Появление в спектре напряжения частот гармоник, отличных от частот гармоник входного тока, говорит о том, что контактное соединение представляет собой нелинейный элемент. При этом в контактном соединении при его эксплуатации могут возникнуть такие электромагнитные процессы, как искрение, образование электрической дуги, полупроводниковый эффект и другие эффекты. В этом случае из спектра напряжения вычитаются гармоники, связанные с источником тока, и по оставшимся гармоникам части спектра напряжения оценивается состояние контактного соединения [5]. Практически сам факт появления таких гармоник говорит о его неисправности, а из конструктивных особенностей контактного соединения вытекает причина их возникновения.

Практическая реализация предлагаемого способа осуществляется с помощью генератора прямоугольных (или других видов) импульсов тока, сигнал которого подается на обесточенное контактное соединение. С помощью современной цифровой аппаратуры снимаются и обрабатываются сигналы тока и напряжения на контактном соединении, кривые тока и напряжения раскладываются в ряд Фурье. Находятся активное и реактивные сопротивления контактного соединения, получают часть спектра напряжения, характеризующего контактное соединение, как нелинейный элемент, затем по полученным данным оценивается состояние контактного соединения путем сравнения их с эталонными данными для данного типа контактного соединения. Реализация на практике предлагаемого способа контроля состояния контактных соединений электрических цепей может осуществляться в реальном масштабе времени в стационарных и полевых условиях работы, необходимое число гармоник, по которым делается анализ работоспособности контактного соединения, параметры импульса тока выбираются оператором в зависимости от получения требуемой точности для данного типа контактного соединения.

Литература

1. Общие сведения об электрических контактах. Интернет ресурс: http://elektrokontakty.ru/

2. Способы контроля состояния контактных соединений в процессе эксплуатации электрических сетей. Интернет ресурс: http://electricalschool.info/main/ekspluat/200-sposoby-kontrolja-stojanija.html.

3. Гольдман С. Гармонический анализ, модуляция и шумы. - М: Издательство иностранной литературы, 1951. - 408 с.

4. Зевеке Г.В. и др. Основы теории цепей. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 528 с.

5. Пат. №2319586 Российская Федерация, RU 2319586 С2, МПК В23К 9/10 (2006.01). Способ контроля и управления процессом электросварки. / Степанов А.П., Милованов А.И., Черняк С.С., Саломатов В.Н., Лопатин М.В., Бутаков В.Ф., Степанов М.А.,; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщен. - №2005136650/02, заявл. 24.11.2005, опубл. 20.03.2008, Бюл. №8.

Способ контроля состояния контактных соединений электрических цепей, учитывающий состояние контактного соединения по спектру импульса тока, имеющего постоянную составляющую и пропускаемого по контактному соединению, и спектру падения напряжения на контактном соединении от этого тока, отличающийся тем, что о состоянии контактного соединения судят по анализу спектров тока и падения напряжения путем вычисления активного и реактивных сопротивлений их гармоник; из спектра падения напряжения вычитаются гармоники, связанные с источником тока, и по оставшимся гармоникам части спектра напряжения оценивается состояние контактного соединения путем сопоставления оставшихся гармоник с характерными неисправностями контактного соединения и сравнения активного и реактивных сопротивления гармоник с эталонными для данного типа контактного соединения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к автоматизированным системам управления и диагностики трансформаторного оборудования электрических подстанций.

Изобретение относится к наземным испытаниям электротехнических систем космических аппаратов (КА). Способ состоит в проведении включения и выключения КА, в т.ч.

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в устройствах защиты для определения дальности до места повреждения в трехфазных распределительных сетях среднего класса напряжений с изолированной, компенсированной или заземленной через резистор нейтралью.

Изобретение относится к информационно-измерительным системам и предназначено для проведения автоматической проверки электрических параметров линий связи сложного изделия, например ракеты с аппаратурой носителя.

Изобретение относится к газоизмерительному устройство для измерения присутствия заданного газа в текучей среде. Устройство содержит датчик, имеющий чувствительный элемент и нагревательный элемент, сконфигурированный для нагрева чувствительного элемента до предварительно заданной рабочей температуры, причем чувствительный элемент является восприимчивым к заданному газу таким образом, что, по меньшей мере, одно электрическое свойство чувствительного элемента изменяется в зависимости от присутствия заданного газа, причем электрическое свойство чувствительного элемента измеряется газоизмерительным устройством; и цепь управления, имеющую контроллер нагревательного элемента, связанный с нагревательным элементом и измеряющий его электрическое свойство, причем цепь управления имеет источник энергии подогрева, подающий энергию к нагревательному элементу, причем контроллер нагревательного элемента связан с источником энергии подогрева и регулирует его работу в зависимости от измерения электрического свойства нагревательного элемента; средство импульсной модуляции, соединенное с контроллером нагревательного элемента, источником энергии подогрева для управления величиной энергии, подаваемому к нагревательному элементу.

Изобретение относится к средствам диагностики электрических машин и может быть использовано для контроля состояния асинхронного электродвигателя. Способ диагностики состояния асинхронного электродвигателя включает предварительную фиксацию порогового значения интегральной оценки асинхронного электродвигателя в безаварийном состоянии.

Изобретение относится к электроизмерительной технике. .

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к электрифицированному инструменту, бытовым и промышленным электроприборам, приборам специального назначения.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для проведения испытаний на безотказность и электротермотренировки корпусированных цифровых интегральных схем.

Изобретение относится к области испытаний радиоэлектронной аппаратуры и изделий электронной техники. Технический результат: сокращение времени испытаний на гамма-процентный ресурс. Сущность: продолжительность испытания принимают равной уменьшенному в m раз (где m - целое положительное число, большее единицы) заданному значению гамма-процентного ресурса за счет увеличения в m раз числа испытуемых радиоэлектронных устройств и разделения их на одинаковые группы по m радиоэлектронных устройств. Из отказавших во время испытаний радиоэлектронных устройств отбирают по одному из каждой группы, имеющей отказавшие радиоэлектронные устройства. Если общее число отобранных таким образом радиоэлектронных устройств меньше приемочного числа отказов или равно ему, то результаты испытаний считают положительными, в противном случае - отрицательными.

Изобретение относится к техническим средствам диагностирования и контроля технического состояния электрических цепей переменного тока. Устройство для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока содержит бесконтактный емкостный датчик (1), дифференциальный усилитель сигнала (2) и устройство обработки и отображения информации (4), вход которого подключен к выходу усилителя (2). При этом емкостный датчик (1) выполнен в виде многослойной пластины (6), содержащей два токопроводящих рабочих слоя (7) и (13), подключенных ко входам усилителя (2), расположенный между ними токопроводящий экранирующий слой (9), снабженный заземлением (10), и два слоя диэлектрика (11) и (12), отделяющие рабочие слои (7) и (13) от экранирующего слоя (9). Выполнение датчика устройства в виде дифференциального емкостного датчика (1) с двумя чувствительными элементами (18) и (22), разделенными заземленным экранирующим слоем (9), позволяет защитить устройство от воздействия внешних электромагнитных полей-помех и за счет этого исключить влияние последних на форму и уровень сигналов, формируемых на выходе усилителя (2). Изобретение обеспечивает повышение достоверности оценки технического состояния диагностируемых объектов, расширение функциональных возможностей устройства для диагностики и контроля электрических цепей переменного тока, снижение трудоемкости и повышение оперативности процесса диагностирования объектов, а также снижение требований к квалификации оператора, выполняющего диагностику. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и предназначено для реализации в устройствах определения места повреждения разветвленных линий электропередачи. Задача изобретения - повышение точности способа определения места повреждения разветвленной линии электропередачи. Предложен способ определения места повреждения разветвленной линии электропередачи, заключающийся в том, что в начале ЛЭП и в конце каждого ответвления устанавливают устройство контроля напряжения, число которых на единицу больше числа контролируемых ответвлений, фиксируют время прихода переднего фронта импульса, в качестве импульсов используют скачок фазного напряжения, одновременно всеми устройствами регистрируют время прохождения скачка фазного напряжения в единой шкале времени, синхронизированной от спутниковых сигналов глобальной системы позиционирования, передают зарегистрированные времена в диспетчерский центр для их автоматической обработки, где для зафиксированных времен от каждой пары устройств контроля напряжения разностно-дальномерным способом определяют поврежденное ответвление, для зафиксированных времен от каждой пары устройств, одно из которых находится на поврежденном ответвлении, разностно-дальномерным способом определяют оценки расстояния до места повреждения на поврежденном ответвлении, а оценки расстояния уточняют на основе системы уравнений для определения места повреждения. 1 ил.
Изобретение относится к области контроля технического состояния высоковольтного оборудования. Технический результат - упрощение процесса диагностирования. Сущность: в стационарном режиме сети в едином времени измеряют электрические величины, например напряжение, на зажимах вторичных низковольтных обмоток двух однофазных высоковольтных трансформаторов напряжения, подключенных к проводу одной фазы. Сравнивают частные от деления данных с выхода вторичной обмотки одного трансформатора на однотипные данные с выхода вторичной обмотки другого трансформатора в одинаковые моменты времени, например, кратные периоду колебаний напряжения в сети. Выявляют нарушения технического состояния одного из однофазных трансформаторов, если частное от деления в один из моментов времени у сравниваемых трансформаторов достигнет заданного порогового значения. Выбор из двух конкретного трансформатора с нарушением технического состояния осуществляют на основе сравнения частных от деления данных с выхода вторичной обмотки одного трансформатора на однотипные данные с выхода вторичной обмотки того же трансформатора в последовательные моменты времени, соответствующие моментам проведенных измерений, кратных периоду колебаний напряжения в сети. В качестве трансформатора с нарушением технического состояния принимают тот, у которого наблюдается большая производная в частных от деления измеряемых величин в последовательные моменты времени.

Изобретение относится к устройствам контроля и может использоваться для определения оптимальных значений параметров надежности изделий и вычисления соответствующих значений времени безотказной работы и продолжительности процесса обслуживания изделия. Техническим результатом является расширение функциональных и информативных возможностей устройства за счет вычисления и предоставления в качестве выходных данных значений времени работоспособного состояния и времени технического обслуживания на интервале одного цикла обслуживания изделия. Устройство содержит генератор ступенчатого напряжения 1 и две совокупности функциональных блоков, обеспечивающих решение задачи. Первая совокупность блоков включает первый блок нелинейности 2, первый интегратор 3, первый делитель 4, первый усилитель 5, первый 6 и второй 7 сумматоры и первый блок умножения 8. Вторая совокупность блоков включает второй усилитель 9, третий 10 и четвертый 11 сумматоры, второй блок умножения 12, второй блок нелинейности 13, второй интегратор 14 и второй делитель 15. Устройство также содержит пятый 23 и шестой 24 сумматоры, блок сравнения 16, семь элементов задержки (17, 18, 19, 25, 26, 27, 28) и семь ключей (20, 21, 22, 29, 30, 31, 32). 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерения тепловых параметров полупроводниковых приборов после изготовления, а также для неразрушающего входного контроля при производстве радиоэлектронной аппаратуры. Технический результат - повышение точности и быстродействия измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора. Технический результат в способе для измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора достигается воздействием на контролируемый полупроводниковый прибор нагретой жидкостью посредством струи. При этом определяют n значений выходного напряжения контролируемого полупроводникового прибора через равные промежутки времени. Полученные данные сохраняются в виде массива напряжений. По полученным данным вычисляют температурный коэффициент напряжения контролируемого полупроводникового прибора. Массив напряжений преобразуют в массив температур путем деления членов массива напряжений на температурный коэффициент напряжения. Определение теплового сопротивления переход-корпус контролируемого полупроводникового прибора осуществляет n раз с использованием данных массива температур, теплоемкости, величины временных промежутков с последующим определением среднего значения теплового сопротивления. Технический результат в устройстве для измерения теплового сопротивления переход-корпус полупроводникового прибора, содержащем контактную колодку с клеммами для подключения контролируемого полупроводникового прибора, температурный датчик, источник питания, источник тока, выход которого подключен к контактной колодке с клеммами, достигается тем, что в него введены последовательно соединенные микроконтроллер и компьютер, форсунка со схемой включения, оптический излучатель и оптически связанный с ним оптический приемник, выход которого подключен к первому входу микроконтроллера, второй выход которого подключен к форсунке со схемой включения, второй вход микроконтроллера соединен с выходом источника тока, третий вход микроконтроллера соединен с датчиком температуры, а выход источника питания соединен с оптическим излучателем. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Заявленная группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения энергетического КПД. Способ контроля показателей энергоэффективности устройства предусматривает подключение контролируемого устройства, получение данных об энергии на входе и энергии на выходе контролируемого устройства за определенный период времени, расчет энергетического КПД контролируемого устройства, определение отклонения энергетического КПД от стандартного энергетического КПД контролируемого устройства и определение состояния контролируемого устройства исходя из отклонения энергетического КПД. При этом подмодуль контроля энергии на входе и подмодуль контроля энергии на выходе получают данные об энергии за один или несколько полных циклов, выбранных исходя из циклических изменений энергетического КПД устройства. Устройство для контроля показателей энергоэффективности устройства содержит модуль контроля энергии и модуль определения энергетического КПД. Модуль контроля энергии предназначен для получения данных об энергии на входе и энергии на выходе контролируемого устройства и передачи этих данных в модуль определения энергетического КПД. Модуль определения энергетического КПД предназначен для расчета энергетического КПД . Технический результат - повышение точности измерений, обеспечение простого и надежного механизма контроля энергетического КПД устройств. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и электрооборудованию, применяемым при передаче электрической энергии для питания электроустановок потребителей. Сущность: стенд снабжен источником переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты, который через первый переключатель и магазин электрических конденсаторов соединен с низковольтной обмоткой передающего высокочастотного резонансного трансформатора, которые образуют электрический контур источника питания для подачи электрической энергии в высоковольтный электрический контур. Высоковольтный контур содержит высоковольтную однослойную цилиндрическую обмотку, верхний высоковольтный вывод которой проводом линии передачи электроэнергии соединен с верхним высоковольтным выводом высоковольтной обмотки принимающего высокочастотного резонансного трансформатора, которые снабжены контактными отводами. Высоковольтная обмотка принимающего высокочастотного резонансного трансформатора связана с электрическим контуром нагрузки. Нижние выводы высоковольтных обмоток соединены проводниками через датчики тока, сдвоенный переключатель, общую точку и третий датчик электрического тока, а также контактные отводы высоковольтных обмоток через зонд и измеритель потенциала с землей. На входе низковольтной обмотки передающего трансформатора и на выходе низковольтной обмотки принимающего трансформатора установлены измерители напряжения и тока. Выход измерителя потенциала, датчиков тока и измерителей напряжения и тока в низковольтных обмотках трансформаторов соединены с входами многоканального осциллографа, связанного с компьютером. 1 ил.

Изобретение относится к измерительным устройствам на основе волоконно-оптических фазовых поляриметрических датчиков. Оптимизация структуры датчика, обуславливающая возникновение разноименной модуляции показателя преломления при подаче на двухканальный модулятор разности фаз напряжения одной полярности, приводит к возможности использования для модуляции фазы любой частоты управляющего сигнала и к отсутствию необходимости создания линии задержки. Повторное прохождение отраженного от зеркала света через интегрально-оптический чувствительный элемент и второе подводящее оптическое волокно с двойным лучепреломлением, а также поворот плоскости поляризации света в фарадеевском вращателе на 90 градусов и использование второго фотодетектора обеспечивают удвоение амплитуды модуляции, снижение оптических шумов источника. Техническим результатом является повышение точности измерения напряженности электрического поля и понижение частоты модуляции сигнала. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники, преимущественно к трансформаторостроению. Сущность: измеряют сопротивления короткого замыкания со сторон высшего и низшего напряжений. Дефекты выявляют по разности сопротивлений короткого замыкания, измеренных со сторон высшего и низшего напряжений, приведенных к одной из сторон трансформатора, и сравнению измеренных значений сопротивлений короткого замыкания с базовыми значениями. Разница сопротивлений короткого замыкания более 2,0% свидетельствует о наличии дефекта в обмотках, который приводит к перегревам обмоток и элементов конструкции, в том числе ярм магнитной системы, а также к электрическим разрядам в стыках короткозамкнутых контуров, в том числе в стыках пластин магнитной системы. Разница сопротивлений короткого замыкания менее 2,0% свидетельствует о наличии дефекта токопроводящих цепей и цепей заземления, приводящих к перегреву контактных соединений токопроводящих цепей и разрядным явлениям цепей заземления и элементов конструкции, находящихся под плавающим потенциалом. Технический результат: своевременное выявление и локализация дефекта. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Наверх