Устройство контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя


 


Владельцы патента RU 2556332:

Государственное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российская таможенная академия" (RU)

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для автоматического определения факта наличия тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя переменного тока при уменьшении величины ее сопротивления изоляции. Устройство содержит два датчика напряженности внешнего магнитного поля, размещенные на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих нагрузку к однофазному мостовому выпрямителю. Причем выходы чувствительных элементов датчиков напряженности подсоединены соответственно к первому и второму входам устройства сравнения через соответствующие аналогичные усилители и узкополосные фильтры, а выход устройства сравнения связан с индикатором. Технический результат заключается в возможности определения наличия тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя бесконтактным способом в реальном масштабе времени без выключения выпрямителя из процесса функционирования. 1 ил.

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для автоматического бесконтактного определения наличия в реальном масштабе времени тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя переменного тока при уменьшении величины ее сопротивления изоляции.

Наличие тока утечки считается крайне нежелательным явлением в электрооборудовании. Он возникает в случае существенного снижения сопротивления изоляции в токонесущих жилах кабелей электроустановок (нагрузки). Данный факт ухудшает энергетические характеристики оборудования. Если же ток утечки продолжает возрастать (по причине уменьшения сопротивления изоляции), то может произойти короткое замыкание между токонесущими жилами или одной из жил и корпусом, что может привести к выходу из строя всей аппаратуры.

В этой связи проблема своевременного выявления факта наличия токов утечки в электроустановках является весьма актуальной. Особенно эта задача важна для специального оборудования, эксплуатация которого связана с риском возникновения аварийных ситуаций с тяжелыми последствиями. Например, появление потенциала (тока утечки) на корпусе электроустановок, работающих с агрессивными жидкостями или взрывоопасными веществами, может привести к нарушению процессов управления и защиты, образованию ложных цепей срабатывания аппаратуры, появлению искрообразования и т.д., что, в свою очередь, может привести к катастрофическим последствиям.

На практике в подавляющем большинстве случаев возникает необходимость определения именно факта появления данного паразитного тока. И только после этого в отдельных случаях возникает необходимость непосредственно измерения значения тока утечки или значения соответствующего сопротивления изоляции.

В качестве измерителей малых токов в электрооборудовании широко применяются различного рода гальванометры, механические (электростатические) и динамические электрометры [1]. Наряду с высокой точностью измерений и высокой чувствительностью отличительной особенностью этих устройств является сложность конструкций и алгоритмов реализации измерений, дороговизна, а также необходимость электрического контакта измерительных цепей приборов с объектом контроля.

Известен способ определения сопротивления путей утечки тока на землю в электрических системах [2], в котором предполагается целый ряд замеров токов утечки на землю и общего тока системы, составление громоздкой системы линейных уравнений по количеству электрических цепей с последующим ее решением, в ходе которого определяется ток утечки. Недостатками способа являются сложность реализации алгоритма определения сопротивления изоляции, а также необходимость обеспечения гальванической связи между контролирующей аппаратурой и электрической системой.

Известен способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети [3], в котором предполагается наличие дополнительного источника измерительного напряжения в форме периодической последовательности импульсов определенной формы, измерение тока утечки за два соответствующих интервала, вычисление сопротивления изоляции по формуле, сравнение полученного значения с заданными значениями сопротивлений. Недостатками способа являются также сложность реализации и необходимость наличия гальванической связи между контролирующей аппаратурой и электрооборудованием.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ обнаружения токов утечки, возможности их появления и поиска мест их возникновения в системах электроснабжения [4]. Изобретение предназначено для обнаружения токов утечки и поиска мест их возникновения в системах электроснабжения, имеющих разветвленные участки. Устройство, реализующее данный способ, состоит из генератора сигналов звуковой частоты, индукционного датчика и датчика тока. Способ предполагает, в частности, измерение дисбалансов токов в подводящем кабеле электропитания и отходящих кабелях электропитания нагрузок. Достоинством способа является относительная простота его реализации, т.к. он не измеряет значение тока утечки или сопротивление изоляции, а только лишь определяет факт наличия этого тока.

Недостатком прототипа является контактный способ обнаружения тока утечки в кабеле, т.е. необходимость обеспечения гальванической связи устройства, реализующего способ, с объектом контроля.

Целью изобретения является контроль наличия тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя бесконтактным способом в режиме реального времени.

Известно [5], что бесконтактные способы контроля работоспособности тех или иных устройств обладают целым рядом существенных достоинств по сравнению с контактными способами:

- в контролируемых устройствах не происходит каких-либо изменений, влияющих на их основные параметры и характеристики;

- появляется возможность по косвенным признакам обнаруживать в устройствах скрытые дефекты либо выявлять особенности, влекущие за собой потенциальные неисправности контролируемых устройств;

- появляется возможность получать информацию о техническом состоянии объекта контроля в реальном масштабе времени.

Кроме того, устройство [6], реализующее один из бесконтактных способов, позволяет достичь высокой точности измерения параметров токов и напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве производится анализ информационного содержания выходных сигналов двух датчиков напряженности внешнего магнитного поля, размещенных на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих нагрузку к однофазному мостовому выпрямителю, при этом в качестве информационного параметра используются амплитуды спектральных составляющих сигналов датчиков, равных 2ω (ω - частота питающего выпрямителя входного напряжения), которые после усиления выделяются с помощью узкополосных фильтров. Факт появления на выходе устройства сравнения разностного сигнала амплитуд спектральных составляющих сигналов датчиков напряженности и будет свидетельствовать о появлении тока утечки в нагрузке однофазного мостового выпрямителя.

В рассматриваемом устройстве получение информации о наличии тока утечки производится бесконтактно, на основе анализа спектрального состава выходных сигналов двух датчиков напряженности внешнего магнитного поля, размещенных на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих схему выпрямления к нагрузке. Для решения этой задачи может быть использован широкий круг магниточувствительных датчиков (индукционных, магнитодиодных, основанных на эффекте Холла и др.). Выбор типа датчика может определяться разными факторами: обеспечения необходимой чувствительности измерений, особенностями и удобством размещения (крепления), стоимостными соображениями и т.п. В качестве такого датчика для реализации предлагаемого изобретения может быть использован универсальный комплексный измерительный преобразователь параметров токов и напряжений при работе электрооборудования различного назначения [6], отвечающий критериям чувствительности, удобства установки и дешевизны.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя. В состав устройства входят два датчика напряженности внешнего магнитного поля 11 и 12 (Д1 и Д2), каждый из которых состоит из чувствительного элемента (ЧЭ), размещенного в микроиндуктивном соленоиде-концентраторе из нескольких витков провода, намотанного на диэлектрическую цилиндрическую трубку. Данные датчики подключены по схеме трансформатора тока соответственно в токоподводящий и токоотводящий провода, соединяющие однофазный мостовой выпрямитель 2 и нагрузку 3. Выходы чувствительных элементов датчиков 11 и 12 связаны с соответствующими усилителями 41 и 42 (У1 и У2), выходы которых подключены к входам узкополосных фильтров 51 и 52 (Ф1 и Ф2). Выходы узкополосных фильтров связаны соответственно с первым и вторым входами устройства сравнения 6 (УС), выход которого в свою очередь связан с индикатором 7 (И).

Устройство контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя работает следующим образом.

Входное однофазное переменное питающее напряжение ~uП преобразуется (повышается или понижается) трансформатором Тр и прикладывается к входу мостового выпрямителя 2. Выпрямленный пульсирующий ток протекает по цепи: (+) выпрямителя 2, соленоид-концентратор датчика 11, нагрузка 3, соленоид-концентратор датчика 12, (-) выпрямителя 2.

В датчике 11 провод, образующий соленоид-концентратор, является токоподводящим и по нему протекает ток IПОД, а в датчике 12 аналогичный провод является токоотводящим и по нему соответственно протекает ток IОТВ. Внешние магнитные поля, создаваемые этими токами, индуцируют в датчиках Д1 и Д2 электродвижущую силу (эдс), в результате чего чувствительные элементы датчиков сформируют сигналы, пропорциональные величине протекающих по проводам токов. После усиления в усилителях 41 и 42 эти сигналы поступают на узкополосные фильтры 51 и 52, настроенные на частоту 2ω, где происходит выделение амплитуд спектральной составляющей сигналов с данной частотой.

В том случае, если ток утечки в нагрузке отсутствует, т.е. IПОД=IОТВ (или IПОД-IОТВ=0), то амплитуды спектральных составляющих с частотой 2ω сигналов датчиков также будут равны, и разностный сигнал на выходе устройства сравнения 6 будет отсутствовать. Индикатор 7 не сработает.

В том случае, если в нагрузке появляется ток утечки IУТ, то по первому закону Кирхгофа IПОД>IОТВ или IПОД=I0TB+IУТ. Тогда величина амплитуды спектральной составляющей с выхода датчика Д2, размещенного на токоотводящем проводе, будет меньше величины амплитуды спектральной составляющей с выхода датчика Д1, размещенного на токоподводящем проводе, на величину, пропорциональную значению тока утечки IУТ. В результате сравнения этих амплитуд на выходе устройства сравнения 6 появится разностный сигнал, фиксируемый индикатором 7. Срабатывание индикатора 7 (например, загорание светодиода или включение источника звука) и означает появление в нагрузке (электрооборудовании, питающемся от выпрямителя) паразитного тока утечки.

Таким образом, предлагаемое устройство с высокой достоверностью и точностью бесконтактно определяет факт наличия тока утечки в электрооборудовании, питающемся от однофазного мостового выпрямителя.

К тому же данное устройство очень просто, а поэтому удобно в эксплуатации: его несложно подключить к уже существующей в объекте системе контроля токов утечки путем простого наматывания соответствующих питающих проводов на датчики напряженности магнитного поля.

Источники информации

1. Грибанов Ю.И. Измерение слабых токов, зарядов и больших сопротивлений. М.-Л., Госэнергоиздат, 1962.

2. Седов А.В., Лачин В.И., Малина А.К. Способ определения сопротивления путей утечки тока на землю в электрических системах. Патент РФ на изобретение №2010247, 1994.

3. Малафеев СИ., Мамай B.C. и др. Способ контроля сопротивления изоляции и защиты электрической сети. Патент РФ на изобретение №2144679, 2000.

4. Григорьев О.А., Петухов B.C., Соколов В.А. Способ обнаружения токов утечки, возможности их появления и поиска мест их возникновения в системах электроснабжения. Патент РФ на изобретение №2208233, 2003 (прототип).

5. Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества. М.: Высшая школа, 1982.

6. Сукиязов А.Г., Просянников Б.Н. и др. Комплексный измерительный преобразователь параметров токов и напряжений при работе электрооборудования различного назначения. Патент РФ на полезную модель №100291, 2010.

Устройство контроля тока утечки в нагрузке однофазного выпрямителя, содержащее индикатор, отличающееся тем, что в состав устройства введены два датчика напряженности внешнего магнитного поля, размещенные на токоподводящем и токоотводящем проводах, подключающих нагрузку к однофазному мостовому выпрямителю, причем выходы чувствительных элементов датчиков напряженности подсоединены соответственно к первому и второму входам устройства сравнения через соответствующие аналогичные усилители и узкополосные фильтры, а выход устройства сравнения связан с индикатором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам управления беспилотным летательным комплексом. При данном способе осуществляют облет воздушной линии электропередач (ЛЭП).

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения линии электропередачи. Технический результат: повышение точности.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение устойчивости функционирования дистанционной защиты.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам контроля воздушных линий электропередач. Устройство содержит корпус, через который проходит линия электропередачи, и боковую часть, которая закрывает оба конца корпуса.

Изобретение относится к антенне устройства для контроля и диагностики линии энергоснабжения. Сущность: антенный блок, смонтированный на устройстве для контроля и диагностики линии энергоснабжения, включает несущую часть, выполненную из изоляционного диэлектрического материала заданной толщины с криволинейной формой внешней и внутренней поверхности, антенный излучатель в форме криволинейной поверхности, расположенной вдоль внешней поверхности несущей части, заземляющий элемент в форме криволинейной поверхности, расположенной вдоль внутренней поверхности несущей части, и возбуждающую часть, проходящую через несущую часть для электрического подключения антенного излучателя и заземляющего элемента.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение точности.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности и простоты способа.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности и простоты способа.

Изобретение относится к области электротехники, а именно средствам обработки информации в электротехнике, и может быть использовано для определения места обрыва на воздушной линии электропередачи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в релейной защите и автоматике. Технический результат - повышение чувствительности при обработке электрической величины с высокой частотой измерений и возможность выявления и корректировки измерения электрической величины с выбросами.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до мест повреждения при замыканиях на землю на двух разных линиях электропередачи распределительной сети 6-35 кВ. Технический результат: повышение точности определения расстояния. Сущность: способ заключается в измерении активной и реактивной составляющей фазного тока и напряжения в аварийном режиме и последующем расчете индуктивного сопротивления до каждого места замыкания, пропорционального расстоянию до мест повреждений. 2 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для диагностики воздушных линий электропередач. Сущность: содержит летательный аппарат вертолетного типа, систему управления, устройства контроля воздушных линий электропередач, подключенные к аккумулятору, размещенную в корпусе и соединенную с двигателем систему привода, выполненную с возможностью фиксации положения устройства для диагностики относительно грозозащитного троса или силового провода и обеспечения его перемещения вдоль и вблизи воздушных линий электропередач. Летательный аппарат вертолетного типа подключен к аккумулятору, включает систему управления и прикреплен к корпусу с внешней стороны. Корпус снабжен направляющими, выполненными с возможностью задания траектории движения грозозащитного троса или силового провода внутри устройства до положения, позволяющего фиксировать устройство на грозозащитном тросе или силовом проводе. Технический результат: расширение арсенала средств, упрощение процесса установки устройства для диагностики воздушных линий электропередач на грозозащитном тросе или силовом проводе. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерениям в электроэнергетике и может быть использовано для определения расстояния до мест повреждения при замыканиях на землю одной фазы на двух разных линиях электропередачи распределительной сети 6-35 кВ. Технический результат: повышение точности определения расстояния до мест двойных замыканий на землю на линиях электропередачи. Сущность: способ заключается в измерении активной и реактивной составляющей тока нулевой последовательности и фазного напряжения поврежденных линий в аварийном режиме и последующем расчете индуктивного сопротивления до каждого места замыкания, пропорционального расстоянию до мест повреждений. 2 ил.

Изобретение относится к локализации места замыкания на землю в электрической сети. Технический результат: повышение точности результата локализации независимо от процента подземных кабелей. Сущность: вычисляют падение напряжения нулевой последовательности в точке измерения и падение напряжения прямой последовательности в точке измерения в электрической сети с использованием распределенной шунтирующей емкости. Определяют расстояние до точки измерения от точки замыкания на землю, используя составляющую обратной последовательности, вычисленное падение напряжения нулевой последовательности в точке измерения и вычисленное падение напряжения прямой последовательности в точке измерения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 табл., 6 ил.

Изобретение относится к области технического обслуживания воздушных ЛЭП с изолированной нейтралью бесконтактным способом. Сущность: зафиксированный аварийный сигнал преобразуют с помощью преобразования Фурье в ряды значений амплитуд и фазовых углов гармонических составляющих, пропорциональных напряженности электрического и магнитного поля ЛЭП различных частот, вычисляют векторную сумму ряда комплексных значений, у которых модуль получается в результате перемножения амплитуды гармонической составляющей определенной частоты, пропорциональной напряженности электрического поля, на соответствующую амплитуду гармонической составляющей этой же частоты, пропорциональной напряженности магнитного поля, а аргумент получают в результате вычитания из аргумента гармонической составляющей этой же частоты, пропорциональной напряженности электрического поля, соответствующего аргумента гармонической составляющей, пропорциональной напряженности магнитного поля. По расположению вектора полученной векторной суммы на комплексной плоскости определяют направление на место замыкания на землю. Место замыкания на землю в ЛЭП определяют по смене направления поиска. Технический результат: повышение точности определения места замыкания. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 ил.

Изобретение относится к линиям электроснабжения, в частности к определению местоположения электрических повреждений. Способ заключается в том, что в момент короткого замыкания измеряют на одной или смежных тяговых подстанциях напряжение на шинах, токи линий, питающих контактные сети, и фазовые углы токов. Вычисляют значения производных параметров, зависящих от измеренных величин и схемы питания. Схему питания контактной сети между двумя смежными тяговыми подстанциями условно разделяют по длине пути на множество участков. Для каждого участка при расчетных коротких замыканиях в его начале и конце вычисляют расчетные значения величин и производных параметров. Определяют интервалы изменения всех расчетных параметров в пределах каждого из выделенных участков пути и вносят эти интервалы в базу данных. Производят сравнение измеренных величин и производных параметров с интервалами расчетных параметров из базы данных для каждого участка пути и в качестве места короткого замыкания принимают тот участок, для которого число измеренных величин и производных параметров, попавших внутрь интервалов, является наибольшим. Технический результат заключается в повышении точности определения места короткого замыкания неоднородной контактной сети и расширении области применения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности определения места замыкания. Согласно способу регистрируют информационные составляющие наблюдавшихся токов и напряжений на концах фидера и используют их в качестве входных напряжений и первых входных токов модели фидера. При этом на входы модели неповрежденного фидера подают соответствующие напряжения, определяют вторые входные токи как реакции модели на приложенные напряжения, определяют третьи токи как разности соответствующих первого и второго токов, контролируют уровни третьих токов и степень их идентичности на противоположных входах модели, и в случае нулевого уровня третьего тока одного из входов констатируют замыкание на другом входе фидера. В случае идентичности третьих токов констатируют замыкание в середине фидера, а в случае превышения уровня третьим током одного из входов уровня третьего тока другого входа констатируют замыкание в половине фидера с большим током. Шунтируют оба входа модели, разделяют модель на подмодели поврежденной и неповрежденной половин фидера, третий ток соответствующего зашунтированного входа модели принимают в качестве первого тока подмодели поврежденной половины фидера, а первый ток и напряжение другого входа этой подмодели формируют в подмодели неповрежденной половины фидера из третьего тока ее зашунтированного входа. Повторяют в подмодели поврежденной половины фидера с одним зашунтированным входом те же операции определения вторых и третьих токов, контроля уровня третьих токов и степени их идентичности, определения поврежденной половины модели, которые были ранее выполнены в исходной модели фидера, и повторяют указанные операции до тех пор, пока не обнаружат идентичность третьих входных токов подмодели фидера, свидетельствующую о замыкании в середине моделируемого участка фидера, или нулевой уровень одного из третьих входных токов, свидетельствующий о замыкании на другом входе. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области контроля состояния высоковольтных воздушных линий (ВЛ) и может быть использовано для контроля состояния изоляторов ВЛ. Заявленная система содержит терминал контроля, который связан оптоволоконной линией с модулями первичной обработки, размещенными на опорах ВЛ. Каждый модуль содержит полосовые фильтры, входы которых подключены к соответствующему датчику тока, измеряющему токи, наведенные в грозозащитном тросе ВЛ частичными разрядами (ЧР), порождаемыми дефектами изоляторов ВЛ. К выходу каждого фильтра подключен электрооптический модулятор на основе брэгговской решетки, встроенный в оптоволоконную линию. Терминал контроля содержит источник лазерного излучения и фотоприемник, программируемый блок обработки данных, циркулятор. С помощью блока терминал определяет спектральные сдвиги излучений, отраженных брэгговскими решетками модуляторов, вычисляет, по соответствующим спектральным сдвигам, интенсивности сигналов на выходах полосовых фильтров и, сравнивая указанные интенсивности, выявляет модуль, ближайший к дефекту изоляции - источнику ЧР. Технический результат - снижение требований к электропитанию модулей первичной обработки, размещаемых на опорах ВЛ, и повышение надежности и информативности передачи данных от этих модулей удаленному терминалу контроля. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к релейной защите и автоматике распределительных сетей, характеризующихся малыми установившимися токами при однофазных замыканиях. Сети - сложной конфигурации с большим числом ответвлений. Известный путь выявления замыканий - распределенное наблюдение сети во многих точках с концентрацией информации в нескольких местах и последующей передачей информации в диспетчерский пункт. Предлагаемый способ решает задачу более просто и без ущерба для потребителя. Сеть наблюдается только на входах, т.е. на шинах питающей подстанции и на выходах, т.е. у потребителя. Ключевая идея связана с обнаружением двух новых компонентов у аварийных составляющих наблюдаемых токов и напряжений. Первый компонент является реакцией нормальной, т.е. неповрежденной, модели сети на источники наблюдаемых напряжений. Второй, наиболее важный с информационной точки зрения, представляет собой особую аварийную составляющую. Режим особых составляющих токов возникает в модели сети с зашунтированными входами и выходами. Распознавание поврежденного участка сети стало возможным благодаря разработке новых операций перемещения шунта с входа фидера к ближайшему узлу и далее, если потребуется, к другим узлам по очереди. При этом всякий раз уровень особых составляющих токов подсказывает, какие из ветвей сети не повреждены. Процедура раз за разом укорачивает модель, пока не выявит поврежденный участок сети. 12 ил.

Изобретение относится к поиску трассы и определению мест повреждения электропроводки индукционным методом. Сущность: способ осуществляется подачей переменного напряжения в исследуемую линию от генератора и обнаружением магнитного поля приемником, настроенным на частоту генератора. Частота генератора существенно выше частоты настройки приемника и определяется формулой Fген=10×M×Fпр, где M выбирается из ряда чисел 2-4-8-16. Выходное напряжение генератора поступает в линию через встречно-параллельно включенные диоды и транзисторные ключи, открывающиеся поочередно с периодом Ттр=(2×Fпр)-1. В исследуемую линию поступают пачки зондирующих импульсов амплитудой 300-800 В, длительностью Тимп=(20×M×Fпр)-1 с числом импульсов одной полярности N=5×M со сменой полярности каждый полупериод Fпр. Антенный контур приемника интегрирует пачки зондирующих импульсов, следующих с частотой Fген и меняющих полярность с частотой приемника Fпр, и реагирует на них как на низкочастотный сигнал. Эффективность способа определяется тем, что сигнал в антенне приемника увеличивается в Kэфф=(10×M)2 раз и осуществляется отстройка от помех промышленной частоты. Технический результат: повышение точности поиска трассы и места повреждения электропроводки. 1 ил.
Наверх