RU192715U1

RU192715U1 - Device for monitoring the leakage current of a surge suppressor

Info

Publication number: RU192715U1
Application number: RU2019116716U
Authority: RU
Inventors: Георгий Иосифович Волович; Александр Георгиевич Волович
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Челэнергоприбор"
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2019-09-26

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и может найти применение для контроля состояния высоковольтных нелинейных ограничителей перенапряжения (ОПН) в системах защиты электрических сетей от грозовых и коммутационных выбросов напряжения.Сущность заявленного решения заключается в том, что предлагаемое устройство помимо магнитопровода с расположенной на нём обмоткой, через окно которого проходит токовод ограничителя перенапряжения и схемы измерения тока, включающей вычислительное устройство, содержит также узел беспроводных приёма электромагнитной энергии и приёма-передачи данных, состоящий из обмотки и электронной схемы выпрямителя и приёмопередатчика данных.Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного решения, выступает повышение надёжности контроля состояния ОПН. 1 ил.The utility model relates to electrical engineering and can be used to monitor the state of high-voltage nonlinear surge arresters (surge arresters) in systems for protecting electrical networks from lightning and switching voltage surges. The essence of the claimed solution lies in the fact that the proposed device in addition to the magnetic circuit with a winding located on it, the window of which passes the current lead of the overvoltage limiter and the current measuring circuit, including the computing device, also contains a wireless receiving unit electromagnetic energy and data reception-transmission, consisting of a winding and an electronic circuit of a rectifier and a data transceiver. The technical result achieved by the implementation of the claimed solution is to increase the reliability of monitoring the state of an arrester. 1 ill.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к электротехнике и может найти применение для контроля состояния высоковольтных ограничителей перенапряжения нелинейных (ОПН) в системах защиты электрических сетей от грозовых и коммутационных импульсов перенапряжения.The utility model relates to electrical engineering and can be used to monitor the state of high-voltage non-linear surge arresters (arrester) in systems for protecting electrical networks from lightning and switching overvoltage pulses.

Уровень техникиState of the art

При эксплуатации ОПН для обнаружения ухудшения пропускной способности варисторов или нарушения изолирующих свойств используют, в частности, приборы, которые позволяют измерять активную составляющую тока утечки ОПН. Измерение активной составляющей тока утечки требует контроля высокого напряжения, что затруднительно технически, поэтому ГОСТ Р 53735.5-2009 (п. 9.3.5) допускает контроль состояния ОПН по величине третьей гармоники тока утечки ОПН. Известно измерительное устройство для контроля тока проводимости ОПН типа УКТ-03 http://www.etk-oniks.ru/components/com_virtuemart/shop_image/diagnostic_equipment_and_test/download/UKT_03.pdf, состоящее из датчика тока и пульта измерения. Датчик тока выполнен в стальном герметичном корпусе и имеет две обмотки, расположенные на кольцевом ферромагнитном сердечнике, по оси которого проходит токоведущий проводник. Во время измерений датчик тока подключается через контактный разъём и кабель к пульту, конструктивно выполненному в виде самостоятельного прибора. Пульт содержит электронную измерительную схему, элементы питания и индикатор, на который могут быть выведены значения измеренных первой гармоники, третьей гармоники и максимального значения тока утечки ОПН. Недостатком такого технического устройства является возможность непосредственного контакта оператора с цепью заземления ОПН при присоединении пульта во время измерения, что в случае нарушения целостности цепи заземления ОПН может создать угрозу поражения электрическим током.When operating an arrester, to detect a deterioration in the throughput of the varistors or a violation of the insulating properties, in particular, instruments are used that can measure the active component of the leakage current of the arrester. The measurement of the active component of the leakage current requires high voltage control, which is technically difficult, therefore GOST R 53735.5-2009 (Clause 9.3.5) allows monitoring the state of the arrester according to the value of the third harmonic of the arrester leakage current. A measuring device is known for monitoring the conductivity current of an arrester of the UKT-03 type http://www.etk-oniks.ru/components/com_virtuemart/shop_image/diagnostic_equipment_and_test/download/UKT_03.pdf, consisting of a current sensor and a measurement console. The current sensor is made in a sealed steel case and has two windings located on an annular ferromagnetic core, along the axis of which a current-carrying conductor passes. During the measurements, the current sensor is connected via a connector and a cable to the remote control, which is structurally designed as an independent device. The panel contains an electronic measuring circuit, batteries and an indicator on which the values of the measured first harmonic, third harmonic and the maximum value of the leakage current of the arrester can be displayed. The disadvantage of this technical device is the possibility of direct contact of the operator with the grounding circuit of the arrester when connecting the console during measurement, which in case of violation of the integrity of the grounding circuit of the arrester can create a risk of electric shock.

Известно также устройство для индикации состояния ОПН (Patent Application Publication № US 2013/0093595 A1), содержащее электронную схему измерения тока утечки и дисплей, причем схема получает питание от защищаемой линии, что делает невозможным применение этого устройства в линиях высокого напряжения. Also known is a device for indicating the state of an arrester (Patent Application Publication No. US 2013/0093595 A1), comprising an electronic circuit for measuring the leakage current and a display, the circuit receiving power from the protected line, which makes it impossible to use this device in high voltage lines.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является устройство для контроля тока утечки разрядника защиты от перенапряжений по патенту RU 2340058. Это устройство содержит электронную схему считывания тока утечки и блок оценки, включающий микропроцессорную схему и индикаторы. Питание эти схемы получают через выпрямитель от обмотки трансформатора, другая обмотка которого включена последовательно в цепь, по которой протекает ток утечки. Дополнительно устройство включает кольцевой магнитопровод, через окно которого проходит цепь тока утечки. На магнитопроводе расположены обмотки, выводы которых выведены наружу для подключения к измерительным приборам. Для того чтобы при протекании по цепи тока утечки большого тока, вызванного перенапряжением линии высокого напряжения, защищаемой ОПН, устройство не вышло из строя, параллельно выводам устройства, включаемым в цепь заземления ОПН, подключён защитный искровой промежуток. Искровые промежутки обладают целым рядом недостатков, основные из которых следующие:The closest technical solution adopted as a prototype is a device for monitoring the leakage current of a surge arrester under the patent RU 2340058. This device contains an electronic circuit for reading the leakage current and an evaluation unit including a microprocessor circuit and indicators. These circuits are supplied with power through a rectifier from the transformer winding, the other winding of which is connected in series to the circuit through which the leakage current flows. Additionally, the device includes an annular magnetic circuit through whose window a leakage current circuit passes. Windings are located on the magnetic circuit, the leads of which are brought out to connect to measuring instruments. In order for the device not to fail when a large current leakage occurs on the circuit due to overvoltage of the high voltage line protected by the arrester, a protective spark gap is connected in parallel with the terminals of the device included in the arrester grounding circuit. Spark gaps have a number of disadvantages, the main of which are as follows:

– срабатывание искровых промежутков приводит к короткому замыканию, которое должно отключаться выключателями; сама дуга не гаснет;- the operation of spark gaps leads to a short circuit, which must be switched off by switches; the arc itself does not go out;

– пробивное напряжение искрового промежутка зависит от многих факторов, в том числе от состояния окружающей среды и со временем изменяется.- breakdown voltage of the spark gap depends on many factors, including the state of the environment and changes over time.

Раскрытие существа полезной моделиUtility model creature disclosure

Технический результат полезной модели – повышение надёжности контроля состояния ОПН.The technical result of the utility model is to increase the reliability of monitoring the state of the arrester.

Предметом полезной модели, обеспечивающим получение указанного результата, является узел беспроводных приёма электромагнитной энергии и приёма-передачи данных, состоящий из обмотки и электронных схемы выпрямителя и приёмопередатчика данных. Этот узел подключен к схеме измерения тока, включающей вычислительное устройство, например, на основе микроконтроллера, к которой также присоединена обмотка, расположенная на магнитопроводе, через окно которого проходит токовод от ОПН, ток утечки которого контролируется. The subject of a utility model that provides the specified result is a node for wireless reception of electromagnetic energy and reception and transmission of data, consisting of a winding and electronic circuits of a rectifier and a data transceiver. This node is connected to a current measurement circuit that includes a computing device, for example, based on a microcontroller, to which a winding located on the magnetic circuit is also connected, through whose window a current lead from the arrester passes, the leakage current of which is monitored.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Структуру устройства иллюстрирует фиг. 1.The structure of the device is illustrated in FIG. one.

Ограничитель перенапряжения 2 присоединяется одним выводом к защищаемой линии высокого напряжения 1, а другим, через токовод 3 – к заземлению. Токовод проходит через ферромагнитный магнитопровод, на котором расположена обмотка. Выводы этой обмотки подключены ко входам схемы измерения тока 5, которая может включать аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, связанный с микроконтроллером 7. Для питания схемы 5 и передачи данных вовне устройство снабжено узлом беспроводных приёма электромагнитной энергии и приёма-передачи данных 8, который включает выпрямитель 9, приёмопередатчик цифровых данных 10 и обмотку 11. АЦП 6 может входить в состав микроконтроллера 7.Overvoltage limiter 2 is connected with one terminal to the protected high voltage line 1, and the other, through current lead 3 - to ground. The current lead passes through a ferromagnetic magnetic circuit on which the winding is located. The conclusions of this winding are connected to the inputs of the current measuring circuit 5, which may include an analog-to-digital converter (ADC) 6 connected to the microcontroller 7. To power the circuit 5 and transmit data to the outside, the device is equipped with a node for wireless reception of electromagnetic energy and reception and transmission of data 8, which includes a rectifier 9, a digital data transceiver 10 and a winding 11. The ADC 6 can be part of the microcontroller 7.

Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

Ток утечки ОПН, протекая по тоководу 3 через окно магнитопровода 4, создает ток в обмотке, расположенной на магнитопроводе. Этот ток преобразуется схемой измерения тока 5 в последовательность цифровых кодов, которая, в свою очередь, преобразуется в микроконтроллере 7 в данные, отображающие величины основной и третьей гармоник тока утечки ОПН 2. Для съема этих данных оператор должен поднести на некоторое расстояние к заявленному устройству дополнительный прибор, содержащий систему беспроводной передачи энергии и данных по одному каналу. Например, может использоваться технология «Near-field communication» (NFC), применяемая в смартфонах и других коммуникационных устройствах. В этом случае при поднесении смартфона или другого коммуникатора к устройству и запуска соответствующей программы, обмотка NFC смартфона передаёт энергию в виде электромагнитной волны обмотке 11 устройства. ЭДС, индуктируемая в этой обмотке, преобразуется выпрямителем 9 в постоянный ток, питающий все электронные цепи устройства. Одновременно этой же волной передаются данные через приёмопередатчик 10 в виде запроса микроконтроллеру 7 о передаче результатов измерений. Микроконтроллер 7 через приёмопередатчик 10 передаёт данные смартфону. После этого сеанс приёма данных может быть окончен. Выпрямитель 7 и приёмопередатчик 10 входит в состав, например, микросхемы NT3H2111 производства фирмы «NXP Semiconductors». Обмотка 11, через которую осуществляется беспроводный приём электромагнитной энергии и обмен данными, может быть выполнена в виде дорожек на печатной плате.The leakage current of the arrester, flowing through the current lead 3 through the window of the magnetic circuit 4, creates a current in the winding located on the magnetic circuit. This current is converted by the current measuring circuit 5 into a sequence of digital codes, which, in turn, is converted in the microcontroller 7 into data that displays the values of the main and third harmonics of the leakage current of the arrester 2. To remove this data, the operator must bring an additional distance to the claimed device a device containing a system for wireless transmission of energy and data over a single channel. For example, Near-field communication (NFC) technology used in smartphones and other communication devices can be used. In this case, when you bring a smartphone or other communicator to the device and start the corresponding program, the NFC winding of the smartphone transfers energy in the form of an electromagnetic wave to the winding 11 of the device. The EMF induced in this winding is converted by a rectifier 9 into a direct current supplying all the electronic circuits of the device. At the same time, the data is transmitted by the same wave through the transceiver 10 in the form of a request to the microcontroller 7 to transmit the measurement results. The microcontroller 7 through the transceiver 10 transmits data to the smartphone. After this, the data reception session may be ended. Rectifier 7 and transceiver 10 are included, for example, in the NT3H2111 chip manufactured by NXP Semiconductors. The winding 11, through which the wireless reception of electromagnetic energy and data exchange is carried out, can be made in the form of tracks on a printed circuit board.

Повышение надёжности ОПН и контроля состояния ОПН предложенным устройством достигается за счёт того, что электронная схема, входящая в состав устройства, питается во время считывания результатов измерений тока утечки по беспроводной системе передачи энергии и данных. Такая система питания позволяет избежать использования ненадежного искрового промежутка в цепи заземления и встроенных элементов питания, требующих периодической замены.Improving the reliability of the arrester and monitoring the state of the arrester by the proposed device is achieved due to the fact that the electronic circuit included in the device is powered by reading the results of measurements of the leakage current via a wireless system for transmitting energy and data. Such a power system avoids the use of an unreliable spark gap in the ground circuit and built-in batteries requiring periodic replacement.

Claims

A device for monitoring the leakage current of a surge suppressor, comprising a magnetic circuit with a winding located on it, through a window of which a current path of a surge suppressor passes, and a current measurement circuit in the winding of a magnetic circuit, including a computing device, for example, based on a microcontroller, characterized in that it also contains a node wireless reception of electromagnetic energy and reception and transmission of data, consisting of a winding and an electronic circuit of a rectifier and a data transceiver.