Устройство для диагностики технического состояния высоковольтного изолятора

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2785093:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля рабочего состояния высоковольтных изоляторов на основе измерения и анализа характеристик СВЧ-мультипакторного разряда. Технический результат: повышение степени диагностики технического состоянии высоковольтного изолятора. Сущность: устройство для диагностики технического состояния высоковольтного изолятора содержит первый и второй источники электромагнитного сигнала, первый и второй элементы ввода электромагнитного сигнала, первый и второй элементы вывода электромагнитного сигнала, первый и второй амплитудные детекторы и индикатор, блок вычитания сигналов, первый и второй цилиндрические объемные резонаторы со съемными торцами. Выход первого источника электромагнитного сигнала через первый элемент ввода электромагнитного сигнала подключен к входу первого цилиндрического объемного резонатора, выход которого через первый элемент вывода электромагнитного сигнала соединен с входом первого амплитудного детектора. Выход первого амплитудного детектора подключен к первому входу блока вычитания сигналов. Выход второго источника электромагнитного сигнала через второй элемент ввода электромагнитного сигнала подключен к входу второго цилиндрического объемного резонатора, выход которого через второй элемент вывода электромагнитного сигнала соединен с входом второго амплитудного детектора. Выход второго амплитудного детектора подключен к второму входу блока вычитания. Выход блока вычитания соединен с входом индикатора. 1 ил.

Изобретение относиться к области электроизмерительной техники и может быть использовано для дистанционного контроля рабочего состояния высоковольтных изоляторов на основе измерения и анализа характеристик СВЧ - мультипакторного разряда.

Известно устройство, реализующее способ бесконтактного и дистанционного контроля электропрочности гирлянд изоляторов воздушных высоковольтных линий электропередачи (см. RU 2058559 С1, 20.04.1996), содержащее антенну метрового диапазона длин волн, первый и второй усилители, полосовой фильтр, детектор, устройство индикации, антенну с узкой диаграммой направленности гигагерцового диапазона волн, приемопередатчик, первый и второй фильтры, коррелятор, устройство обработки сигналов, индикатор и антенну, осуществляющую прием сигнала промышленной частоты. Работа этого устройства сводиться к тому, что сначала сигналом устройства индикации, прошедшим через антенну метрового диапазона, первый усилитель, полосовой фильтр и детектор, определяют опору линии электропередачи, содержащую гирлянду, потерявшую прочность. Затем формируют приемопередатчиком СВЧ-излучение в диапазоне 3-30 ГГц и через антенну с узкой диаграммой направленности облучают последовательно гирлянды изоляторов, принимают отраженный сигнал, при этом о неисправной гирлянде судят (показания индикатора) по появляющейся взаимосвязи между характеристиками СВЧ-сигналов, отраженных от гирлянды, сигналов ВЧ-излучения метрового диапазона волн и сигналов высокого напряжения промышленной частоты (антенна, принимающая сигнал промышленной частоты) приложенного к гирляндам изоляторов.

Недостатком этого известного устройства можно считать сложность процедуры, связанную с поиском гирлянды, потерявшей электропрочность и определением гирлянды, содержащей элемент, потерявший электропрочность, а также ошибку при стробировании по времени амплитуды отраженного СВЧ-сигнала от гирлянды и напряженности поля линии электропередачи промышленной частоты из-за ее изменения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому, является принятое автором за прототип устройство для диагностики состояния высоковольтных изоляторов (см. RU 2726305 С1, 13.07.2020), содержащее источник сигнала, передающую электромагнитную антенну, круглый волновод с первым, закрывающим и открывающим торцом и вторым закрывающим торцом, приемную электромагнитную антенну, амплитудный детектор, усилитель, индикатор и измеритель выходного мощности. В данном устройстве на использовании эффекта СВЧ-мультипакторного разряда, представляющего собой явление в радиочастотных устройствах, в которых при определенных условиях, вторичная электронная эмиссия в резонансе с переменным электрическим полем приводит к экспоненциальному размножению электронов, приводящих к повреждению (разрушению) радиочастотного устройства, мультипакторный разряд на поверхности высоковольтного изолятора в волноводе, приводящий к ослаблению СВЧ-мощности на выходе волновода, дает возможность получить информацию о состоянии изоляторов.

К недостатку этого известного устройства можно отнести погрешность в выявлении дефектности высоковольтного изолятора из-за сложности идентифицирования мощности выходного сигнала, используемой для диагностики контролируемого изделия.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение степени диагностики технического состоянии высоковольтного изолятора.

Технический результат достигается тем, что в устройство для диагностики технического состояния высоковольтного изолятора, содержащее первый источник электромагнитного сигнала, первый элемент ввода электромагнитного сигнала, первый элемент вывода электромагнитного сигнала, первый амплитудный детектор и индикатор, введены второй источник электромагнитного сигнала, второй элемент ввода электромагнитного сигнала, второй элемент вывода электромагнитного сигнала, второй амплитудный детектор, блок вычитания сигналов, первый и второй цилиндрические объемные резонаторы со съемными торцами, причем выход первого источника электромагнитного сигнала через первый элемент ввода электромагнитного сигнала подключен к входу первого цилиндрического объемного резонатора, выход которого через первый элемент вывода электромагнитного сигнала соединен с входом первого амплитудного детектора, выход последнего подключен к первому входу блока вычитания сигналов, выход второго источника электромагнитного сигнала через второй элемент ввода электромагнитного сигнала подключен к входу второго цилиндрического объемного резонатора, выход которого через второй элемент вывода электромагнитного сигнала соединен с входом второго амплитудного детектора, выход последнего подключен к второму входу блока вычитания, выход блока вычитания соединен с входом индикатора.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, слежение за разностным сигналом, формируемым в результате возникновения СВЧ мультипактора в двух идентичных объемных цилиндрических резонаторах с опорным и исследуемым высоковольтными изоляторами, дает возможность произвести диагностику технического состояния изолятора.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу диагностики технического состояния высоковольтного изолятора посредством слежения за разностным сигналом, формируемым в результате возникновения СВЧ мультипактора в двух идентичных объемных цилиндрических резонаторах с опорным и исследуемым высоковольтными изоляторами, т.е. повысить степень диагностики технического состоянии высоковольтного изолятора.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит первый источник электромагнитного сигнала 1, первый цилиндрический объемный резонатор со съемными торцами 2, первый элемент ввода электромагнитного сигнала 3, первый элемент вывода электромагнитного сигнала 4, первый амплитудный детектор 5, второй источник электромагнитного сигнала 6, второй цилиндрический объемный резонатор со съемными торцами 7, второй элемент ввода электромагнитного сигнала 8, второй элемент вывода элктромагнитного сигнала 9, второй амплитудный детектор 10, блок вычитания сигналов 11 и индикатор 12. Цифрами 13 и 14 на фигуре соответственно обозначены эталонный бесдефектный высоковольтный изолятор и диагностируемый (дефектный) высоковольтный изолятор.

Работа предлагаемого устройства основывается на эффекте СВЧ - мультипакторного разряда в двух идентичных цилиндрических объемных резонаторах и оно работает следующим образом. Благодаря съемным торцам, в первый резонатор 2 помещают эталонный бесдефектный высоковольтный изолятор 13, а во второй резонатор 7 - например, дефектный высоковольтный изолятор 14. После этого сверхвысокочастотные сигналы с первого источника электромагнитного сигнала 1 и второго источника электромагнитного сигнала 6 с помощью первого элемента ввода электромагнитного сигнала 3 и второго элемента ввода электромагнитного сигнала 8 направляют в замкнутую полость первого резонатора с эталонным бесдефектным высоковольтным изолятором и второго резонатора с дефектным высоковольтным изолятором. Далее изменением частот электромагнитных колебаний, поступающих в первый резонатор и второй резонатор, достигают режим резонанса в указанных резонаторах. Наличие факта резонанса в этом случае производится детектированием выходных сигналов первого элемента вывода электромагнитного сигнала 4 в первом амплитудном детекторе 5 и второго элемента вывода электромагнитного сигнала 9 во втором амплитудном детекторе 10 соответственно. Для определения резонансной частоты может быть использован измеритель амплитудно-частотных характеристик (АЧХ), подключенный к выходам первого детектора и второго детектора. Измеритель амплитудно-частотных харакеристик на фигуре не показан.

Как известно из теории цилиндрических объемных замкнутых резонаторов, при резонансе, в их полости образуется стоячая волна с пучностями и узлами амплитуды. В силу этого начало недефектного и дефектного изоляторов, по линии распространения волны, должно располагается в пучности указанной волны, т.е. в области пространства полости резонаторов с максимальным значением амплитуды стоячей волны. Согласно данному устройству в режиме резонанса в первом резонаторе и втором резонаторе, выходную мощность первого источника электромагнитного сигнала и второго источника электромагнитного сигнала плавно увеличивают и отслеживают изменение выходного сигнала блока вычитания сигналов 11. Одновременное увеличение выходных сигналов (мощностей) двух источников сигналов обусловит синхронное уменьшение разностного выходного сигнала ΔU блока вычитания. В данном случае учитывая, что дефектный изолятор по теплостойкости уступает недефектному, мультипактор на поверхности дефектного изолятора возникнет раньше по времени чем на поверхности недефектного изолятора. В итоге мультипактор во втором резонаторе приведет к нарушению в нем резонанса и значительному уменьшению снимаемого с выхода этого резонатора электромагнитного сигнала. Согласно работе данного устройства после возникновения мультипактора во втором резонаторе, рост выходных мощностей источников приостанавливают. Благодаря этому разностный выходной сигнал ΔU резко возрастет из -за скачкообразного уменьшения выходного сигнала второго амплитудного детектора. Следовательно, значение разностного сигнала ΔU_д, отображенное в индикаторе 12, принимается как предельное значение, характеризующее дефектность изолятора.

В устройстве определение предельного значения разностного сигнала, соответствующего целостности изолятора, сводится к тому, что после мультипактора во втором резонаторе, отключают второй источник и удаляют из второго резонатора бракованный изолятор. Увеличивают остановленную выходную мощность первого источника и производят слежение за мультипактором в первом резонаторе с недефектным изолятором. Дальнейшее увеличение указанной мощности синхронно приведет к росту выходного сигнала блока вычитания из-за нулевого сигнала на его втором входе.

Возникновение мультпактора (преднамеренно) на поверхности недефектного изолятора, благодаря росту мощности на входе первого резонатора, будет сопряжено с резким уменьшением выходного сигнала блока вычитания (нарушение режима резонанса в первом резонаторе), которое принимается как предельное значение и обозначим его как ΔU_нд. Вычисление этого сигнала в данном устройстве осуществляется посредством индикатора 12. Здесь нетрудно заметить, что ΔU_нд<ΔU_д. Исходя из этого получаем, что проведение диагностики высоковольтного изолятора, согласно предлагаемому техническому решению, предусматривает помещение недефектного (опорный) изолятора в первый резонатор, а исследуемый (неизвестный по дефекту) - во второй резонатор и отслеживание изменения разностного выходного сигнала блока вычитания при соответствующими манипуляциями, связанными с возбуждением резонаторов и возникновением мультипактора во втором резонаторе с исследуемым изолятором. При этом если величина разностного выходного сигнала окажется равной или больше ΔU_д, то исследуемый изолятор можно считать бракованным, а при других значениях (меньше ΔU_д, но недостигшей ΔU_нд) - небракованным.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении не основе СВЧ мультипактора в двух идентичных цилиндрических объемных резонаторах с дальнейшим слежением за разностном сигналом, можно обеспечить диагностику технического состояния высоковольтных изоляторов.

Данное устройство помимо диагностики высоковольтных изоляторов, успешно может быть использовано, например, в плазменной технологии для определения тепловой и электрической стойкости алмазных пластин, применяемых в производстве микро - и наноэлектронных устройств.

Устройство для диагностики технического состояния высоковольтного изолятора, содержащее первый источник электромагнитного сигнала, первый элемент ввода электромагнитного сигнала, первый элемент вывода электромагнитного сигнала, первый амплитудный детектор и индикатор, отличающееся тем, что в него введены второй источник электромагнитного сигнала, второй элемент ввода электромагнитного сигнала, второй элемент вывода электромагнитного сигнала, второй амплитудный детектор, блок вычитания сигналов, первый и второй цилиндрические объемные резонаторы со съемными торцами, причем выход первого источника электромагнитного сигнала через первый элемент ввода электромагнитного сигнала подключен к входу первого цилиндрического объемного резонатора, выход которого через первый элемент вывода электромагнитного сигнала соединен с входом первого амплитудного детектора, выход последнего подключен к первому входу блока вычитания сигналов, выход второго источника электромагнитного сигнала через второй элемент ввода электромагнитного сигнала подключен к входу второго цилиндрического объемного резонатора, выход которого через второй элемент вывода электромагнитного сигнала соединен с входом второго амплитудного детектора, выход последнего подключен к второму входу блока вычитания, выход блока вычитания соединен с входом индикатора.

Устройство контроля качества изоляционного покрытия участка стального трубопровода, уложенного в грунт, относится к системе контроля качества изоляции на законченных строительством участках стального трубопровода, в том числе, уложенного методом наклонно-направленного бурения. Устройство контроля состоит из контролируемого трубопровода, осциллографа, который подключается проводом к модулю импульсов, контрольного анода-заземлителя, ключа, источника питания постоянного тока, генератора стабилизированных прямоугольных импульсов, миллиамперметра, включателя питания генератора импульсов, и модуль прямоугольных импульсов проводом подключен через ключ к аноду-заземлителю.

Способ контроля дефектности изоляции обмоточных проводов // 2762300

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов в процессе изготовления из них обмоток электротехнических изделий. Сущность: непрерывно генерируют импульсы скорости, формируют импульс дефекта при прохождении дефектного участка изоляции провода через датчик дефектов, подсчитывают количество импульсов, по количеству которых определяют число входных дефектов на изоляции, подсчитывают количество импульсов скорости за время каждого сформированного импульса дефекта и определяют протяженности каждого дефекта.

Способ и контрольное устройство для измерения импульсов частичного разряда экранированного кабеля // 2762249

Группа изобретений относится к области измерения импульсов частичного разряда экранированного кабеля. Техническим результатом является повышение точности измерения.

Измеритель дефектности изоляции обмоточных проводов // 2762126

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов в процессе изготовления из них обмоток электротехнических изделий. Новым является то, что в измеритель дефектности изоляции обмоточных проводов, содержащий датчик-электрод, счетчик количества входных дефектов, счетчик протяженности входных дефектов, датчик скорости, формирователь импульсов скорости и умножитель частоты, при этом датчик скорости подключен к входу формирователя импульсов скорости, выход которого подключен к входу умножителя частоты, дополнительно введены источник стабилизированного тока, резистор, формирователь импульсов входных дефектов, формирователь импульсов технологических дефектов, счетчик количества технологических дефектов, счетчик протяженности технологических дефектов, счетчик длины проконтролированного провода, компьютер с нейронной сетью и маршрутизатор, при этом выход источника стабилизированного тока подключен к одному концу катушки обмоточного провода и к входу в компьютер с нейронной сетью, выход умножителя частоты подключен к входу счетчика длины проконтролированного провода, к входу счетчика протяженности входных дефектов, к входу в компьютер с нейронной сетью и ко входу счетчика протяженности технологических дефектов, выход нейронной сети подключен к входу маршрутизатора, выход которого соединен с входами формирователей импульсов входных дефектов и импульсов технологических дефектов, выход формирователя импульсов входных дефектов подключен к входам счетчиков количества входных дефектов и протяженности входных дефектов, выход формирователя импульсов технологических дефектов подключен к входам счетчиков количества и протяженности технологических дефектов, выход электрода-датчика подсоединен ко входу компьютера с нейронной сетью.

Датчик для непрерывного контроля дефектности изоляции проводов // 2735579

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов. Сущность: в датчике для непрерывного контроля изоляции проводов коронирующий электрод выполнен из электропроводного кольца, по внутренней поверхности которого радиально расположены электропроводные микронити с заостренным концом, равномерно распределенные по внутренней образующей кольца, оси которых перпендикулярны оси контролируемого провода.

Устройство для контроля качества электрической изоляции // 2730535

Изобретение относится к технике электрических измерений. Сущность: устройство содержит источник испытательного напряжения, эталонный резистор, зарядный ключ, испытуемый объект, разрядный ключ, разрядный резистор, двухканальный цифровой измеритель с запоминающим устройством, устройство отображения информации, генератор тактовых импульсов, блок управления с выходами «Заряд», «Разряд», «Пуск» и «Установка нуля», два масштабных преобразователя, органы управления цифровым измерителем, размыкающий блок-контакт и замыкающий блок-контакт зарядного ключа, замыкающий блок-контакт разрядного ключа, дифференцирующий элемент, два пиковых детектора, нуль-компаратор, световой индикатор, счетчик времени, два блока умножения напряжений, два цифровых индикатора, блок деления напряжений.

Устройство для мониторинга и диагностики высоковольтных линейных полимерных изоляторов // 2720638

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при мониторинге и диагностике состояния высоковольтных линейных полимерных изоляторов на линиях электропередачи. Технический результат: повышение качества диагностики высоковольтных полимерных изоляторов.

Устройство контроля технического состояния цифрового трансформатора по параметрам частичных разрядов в изоляции // 2700369

Изобретение относится к технике высоких напряжений и может быть использовано для диагностики технического состояния цифровых трансформаторов по параметрам частичных разрядов в изоляции. Сущность: устройство контроля технического состояния цифрового трансформатора по параметрам частичных разрядов в изоляции содержит резистивный делитель напряжения, включающий резистивный элемент верхнего плеча и резистивный элемент нижнего плеча, и индуктивный датчик, помещенные внутрь опорного изолятора цифрового трансформатора, снабженного преобразователем тока, фильтр низких частот, фильтр высоких частот, аналого-цифровой преобразователь низкочастотного сигнала, аналого-цифровой преобразователь высокочастотного сигнала, контроллер обработки цифрового сигнала, блок памяти, блок передачи данных, внешнюю базу данных.

Устройство для испытания трансформаторов // 2665749

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для испытаний трансформаторов. Сущность: преобразователь 1 выходами соединен с тремя однофазными трансформаторами 2, соединенными по выходу в звезду.

Установка для испытания изоляции электрооборудования повышенным напряжением // 2662952

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к устройствам для испытаний изоляции высоковольтного электрооборудования повышенным напряжением. Сущность: испытательная установка состоит из генераторного блока, резонансного контура, повышающего трансформатора и подключенного к нему демодулятора, снабженного переключателями.