PL222218B1 - Sposób i układ do oceny stopnia zużycia warystora - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222218 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 396244 ^{(51) Int.Cl.}

G01R 31/26 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 06.09.2011

(54)	Sposób i układ do oceny stopnia zużycia warystora
		(73) Uprawniony z patentu:
		POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
	18.03.2013 BUP 06/13	(72) Twórca(y) wynalazku: LESZEK KACZMAREK, Gdańsk, PL LECH HASSE, Gdańsk, PL JANUSZ SMULKO, Suchy Dwór, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
	29.07.2016 WUP 07/16	(74) Pełnomocnik:
		rzecz. pat. Czesław Popławski

PL 222 218 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do oceny stopnia zużycia warystorów, stosowanych jako zabezpieczenie przepięciowe linii energetycznych.

Warystory, ze względu na występujące w sieci energetycznej przepięcia, również podczas wyładowań atmosferycznych, ulegają degradacji zmniejszając potencjalnie ochronę przed przepięciami odbiorników energii dołączonych sieci. Stąd, istnieje praktyczna potrzeba monitorowania stopnia zużycia warystorów, aby dokonać ich wymiany w odpowiednio wczesnym momencie. Ponadto, w przypadku zwarcia linii zasilania średniego lub wysokiego napięcia podczas awarii (np. w wyniku uszkodzenia warystora nadmiernym przepięciem) istnieje potrzeba określenia, bez konieczności oglądu każdego z ograniczników na konstrukcji słupów energetycznych, który z ograniczników w zwartym odcinku linii energetycznej jest uszkodzony.

Znane dotychczas sposoby oceny degradacji warystorów bazują np. na pomiarze prądu upływu warystora, co jest kłopotliwe ze względu na małą wartość tego prądu, rzędu μΑ dla warystorów chroniących linie zasilania 230 V, co oznacza konieczność zastosowania precyzyjnego oraz drogiego układu do pomiaru prądów.

Inne znane metody wymagają także pomiarów w złożonym układzie pomiarowym, jak pomiar oceniający nieliniowości charakterystyki prądowo-napięciowej.

Jeszcze inne, dostępne rozwiązania, rejestrują przekroczenie określonej, dopuszczalnej temperatury lub prądu płynącego przez warystor i dostarczają jedynie informacji o testowanym elemencie w postaci binarnej, to jest dobry/zły. Takie rozwiązanie nie jest tak kosztowne w realizacji jak inne, poprzednio wymienione, ale nie pozwała zdiagnozować rzeczywistego stanu zużycia warystora i powoduje konieczność częstszej wymiany warystorów, niż jest to uzasadnione bezpieczeństwem sieci zasilania.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i układu do oceny stopnia zużycia warystorów, który jest pozbawiony wyżej podanych niedogodności.

Sposób oceny stopnia zużycia warystora polegający na pomiarze temperatury warystora oraz intensywności impulsów prądowych generowanych podczas przepięć, charakteryzuje się według wynalazku tym, że bezkontaktowo obejmuje się cewką przewód, w którym płyną impulsy prądowe z warystora do uziemienia. Powstałe w cewce podczas przepływu impulsów prądowych przez przewód napięcie zmienne przetwarza się na napięcie stałe za pomocą dołączonego do cewki przetwornika napięciowego i podaje się na wejście resetujące mikrokontrolera wyposażonego w czujnik temperatury, korzystnie termoparę. Za pomocą mikrokontrolera, po sygnale resetu, rejestruje się czas trwania poszczególnych impulsów prądowych na wejściu przetwornika napięciowego oraz równolegle rejestruje się temperaturę warystora. Następnie informacje o sumarycznej intensywności rejestrowanych impulsów prądowych oraz temperaturach przesyła się do odbiorcy za pomocą układu nadawczoodbiorczego i porównuje się z wartościami progowymi.

Układ do oceny stopnia zużycia warystora charakteryzuje się według wynalazku tym, że składa się z cewki obejmującej bezkontaktowo przewód, który łączy warystor z uziemieniem. Do cewki dołączony jest przetwornik napięciowy napięcia zmiennego na stałe, który jest połączony poprzez przełącznik z mikrokontrolerem, do którego podłączony jest czujnik temperatury, korzystnie termopara. Mikrokontroler dołączony jest do układu nadawczo-odbiorczego.

W trakcie oceny stopnia zużycia warystora dokonywany jest pomiar temperatury oraz prądu płynącego podczas przepięcia za pomocą czujnika temperatury przy powierzchni warystora oraz napięcia indukowanego w cewce pod wpływem poła magnetycznego generowanego w wyniku przepływu prądu przez warystor podczas przepięcia. Indukowane w cewce napięcie zmienne zamieniane jest na napięcie stałe za pomocą przetwornika napięciowego. W układzie pomiarowym napięcie stałe z przetwornika napięciowego jest podawane na wejście resetujące wyzwalające mikrokontroler sterujący układem pomiarowym. Układ mikrokontrolera pobiera energię tylko w czasie wystąpienia przepięcia, co determinuje istotne zredukowanie energii potrzebnej do zasilania układu i możliwość jego zasilania za pomocą baterii słonecznej lub zwykłej baterii nawet przez okres kilku lat. Po wyzwoleniu mikrokontrolera, napięcie wyjściowe z przetwornika, dołączonego do czujnika zaindukowanego prądu, jest przełączane na wejście przetwornika w mikrokontrolerze i jest mierzone aż do jego zaniku. Mikrokontroler rejestruje czas, w którym to napięcie zmaleje do określonej wartości, a czas ten zależy od prądu, jaki płynął przez warystor podczas przepięcia. W układzie pomiarowym z pomocą mikrokontrolera mierzona jest równolegle temperatura na powierzchni warystora. Na podstawie wyników obu pomiaPL 222 218 B1 rów, zarejestrowanych dla kolejnych przepięć, można określić stopień zużycia warystora, wyznaczając sumę wyników pomiarów i kryterium porównania, jak dalece różni się zarejestrowana wartość od zadanej wartości progowej. Informacja o stopniu zużycia warystora jest przesyłana drogą radiową do odbiorcy za pomocą oddzielnego modułu nadawczo-odbiorczego, charakteryzującego się także niewielkim zużyciem energii, pracującego głównie w trybie czuwania.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala wykryć występowanie różnic w zużyciu warystorów, wynikających z różnej intensywności przepięć, jakie występują podczas wyładowań na ich zaciskach.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania i na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu pomiarowego.

Układ do oceny stopnia zużycia warystora składa się z cewki L obejmującej bezkontaktowo przewód P, który łączy warystor W z uziemieniem U. Do cewki L dołączony jest przetwornik napięciowy napięcia zmiennego na stałe AC/DC, który jest połączony poprzez przełącznik RE/IN z mikrokontrolerem MK. Do mikrokontrolera MK podłączony jest czujnik temperatury T w postaci termopary. Mikrokontroler MK dołączony jest do układu nadawczo-odbiorczego UNO.

W trakcie przepływu impulsów prądowych z warystora W do uziemienia U napięcie zmienne powstałe w cewce L przetwarza się na napięcie stałe za pomocą dołączonego do cewki L przetwornika napięciowego AC/DC. Napięcie stałe podaje się na wejście resetujące RE mikrokontrolera MK. Za pomocą mikrokontrolera MK, po sygnale resetu, rejestruje się czas trwania poszczególnych impulsów prądowych na wejściu IN przetwornika napięciowego AC/DC oraz równolegle rejestruje się temperaturę warystora W. Następnie informację o sumarycznej intensywności rejestrowanych impulsów prądowych oraz temperaturach przesyła się do odbiorcy za pomocą układu nadawczo-odbiorczego UNO i porównuje się z wartościami progowymi.

W wyniku przez zsumowanie mierzonych wartości, uzyskuje się informację o stopniu zużycia warystora poprzez porównanie z zadaną wartością progową.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób oceny stopnia zużycia warystora polegający na pomiarze temperatury warystora oraz intensywności impulsów prądowych generowanych podczas przepięć, znamienny tym, że bezkontaktowo obejmuje się cewką (L) przewód (P), w którym płyną impulsy prądowe z warystora (W) do uziemienia (U), a napięcie zmienne powstałe w cewce (L) podczas przepływu impulsów prądowych przez przewód (P) przetwarza się na napięcie stałe za pomocą dołączonego do cewki (L) przetwornika napięciowego (AC/DC) i podaje się na wejście resetujące (RE) mikrokontrolera (MK) wyposażonego w czujnik temperatury (T), korzystnie termoparę, po czym za pomocą mikrokontrolera (MK), po sygnale resetu, rejestruje się czas trwania poszczególnych impulsów prądowych na wejściu (IN) przetwornika napięciowego (AC/DC) oraz równolegle rejestruje się temperaturę warystora (W), a następnie informację o sumarycznej intensywności rejestrowanych impulsów prądowych oraz temperaturach przesyła się do odbiorcy za pomocą układu nadawczo-odbiorczego (UNO) i porównuje się z wartościami progowymi.
2. 2. Układ do oceny stopnia zużycia warystora, znamienny tym, że składa się z cewki (L) obejmującej bezkontaktowo przewód (P), który łączy warystor (W) z uziemieniem (U), przy czym do cewki (L) dołączony jest przetwornik napięciowy napięcia zmiennego na stałe (AC/DC), który jest połączony poprzez przełącznik (RE/IN) z mikrokontrolerem (MK), do którego podłączony jest czujnik temperatury (T), korzystnie termopara, przy czym mikrokontroler (MK) dołączony jest do układu nadawczo-odbiorczego (UNO).