RU196867U1

RU196867U1 - DEVICE FOR DETECTION AND MEASUREMENT OF ELECTRIC DISCHARGE OF HIGH VOLTAGE EQUIPMENT

Info

Publication number: RU196867U1
Application number: RU2020100741U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Лукин; Андрей Николаевич Мельников
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2020-03-18

Abstract

Полезная модель относится к области электроизмерительной техники и касается устройства обнаружения и измерения электрического разряда высоковольтного оборудования. Устройство содержит приемную оптическую систему в виде зеркального объектива, общего для наблюдательной и измерительной ветвей, дальномерное устройство и блок обработки и отображения информации. После зеркального объектива расположена дифракционная решетка, выполненная с возможностью пропускания в нулевом порядке дифракции потока излучения в видимом и инфракрасном диапазонах спектра в наблюдательную ветвь, а в рабочем порядке дифракции - потока излучения в ультрафиолетовом диапазоне спектра в измерительную ветвь. Наблюдательная ветвь содержит спектроделитель, полосовой оптический фильтр и два фотоприемных устройства (ФПУ), регистрирующих излучение в видимом и инфракрасном диапазоне спектра. Измерительная ветвь содержит полосовой оптический фильтр, спектральную щель и ФПУ, регистрирующее излучение в ультрафиолетовом диапазоне спектра. Технический результат заключается в повышении вероятности обнаружения и точности измерения электрического разряда в любое время суток. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering and relates to a device for detecting and measuring the electrical discharge of high voltage equipment. The device comprises a receiving optical system in the form of a mirror lens common to the observing and measuring branches, a rangefinder, and an information processing and display unit. After the mirror lens, there is a diffraction grating made with the possibility of transmitting in zero order the diffraction of the radiation flux in the visible and infrared ranges of the spectrum into the observation branch, and in the working order of diffraction, the radiation flux in the ultraviolet range of the spectrum into the measuring branch. The observation branch contains a spectrometer, a band-pass optical filter, and two photodetector devices (FPUs) that record radiation in the visible and infrared spectral ranges. The measuring branch contains a band-pass optical filter, a spectral slit, and a PDF, which records radiation in the ultraviolet range of the spectrum. The technical result consists in increasing the probability of detection and the accuracy of measuring an electrical discharge at any time of the day. 1 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может использоваться для дистанционного профилактического, в том числе предаварийного, оптического контроля наружных изоляционных конструкций энергетического высоковольтного оборудования: многоэлементных изоляторов воздушных линий электропередачи, опорной изоляции подстанционного оборудования, высоковольтных блоков питания мощных лазерных установок, изоляторов железнодорожной контактной сети переменного тока и т.п. Возникающие в таком высоковольтном оборудовании повреждения, например, вследствие нарушения целостности элементов конструкций, могут вызывать поверхностные, в том числе, коронные разряды, характеризующиеся излучением в ультрафиолетовом диапазоне спектра, а также могут вызывать дополнительный нагрев элементов конструкций, характеризующийся излучением в инфракрасном диапазоне спектра.The utility model relates to electrical engineering and can be used for remote prophylactic, including pre-emergency, optical control of external insulation structures of high-voltage power equipment: multi-element insulators of overhead power lines, support insulation of substation equipment, high-voltage power supplies of powerful laser systems, insulators of a railway contact network of alternating current current, etc. Damage arising in such high-voltage equipment, for example, due to a violation of the integrity of structural elements, can cause surface, including corona discharges, characterized by radiation in the ultraviolet range of the spectrum, and can also cause additional heating of structural elements, characterized by radiation in the infrared range of the spectrum.

Известно устройство для оптического контроля изоляции [Арбузов Р.С., Кандауров А.С., Овсянников А.Г. Устройство для оптического контроля изоляции // Патент РФ на полезную модель №55480 от 10.08.2006 г. Бюл. №22; Арбузов Р.С. Исследования и совершенствование метода оптического контроля внешней изоляции электрооборудования высокого напряжения /Автореф. дис. … кандидата технических наук: Специальность 05.14.12. - Техника высоких напряжений. - Новосибирск: Типография НГТУ, 2005. - 23 с.].A device for optical insulation control [Arbuzov RS, Kandaurov AS, Ovsyannikov AG Device for optical insulation control // RF patent for utility model No. 55480 of 08/10/2006, Bull. No. 22; Arbuzov R.S. Research and improvement of the method of optical control of the external insulation of high voltage electrical equipment / Abstract. dis. ... candidate of technical sciences: Specialty 05.14.12. - High voltage technique. - Novosibirsk: Printing house of NSTU, 2005. - 23 p.].

Устройство для оптического контроля изоляции содержит приемную оптическую систему, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) со стробирующим усилителем яркости (с набором сменных полосовых оптических фильтров его рабочие поддиапазоны спектра 280-300, 400-600, 600-800 нм и без полосовых оптических фильтров его полный рабочий диапазон спектра 280-800 нм), фотоприемное устройство (ФПУ), блок обработки и отображения информации, получаемой с ФПУ.A device for optical insulation control contains a receiving optical system, an electron-optical converter (EOC) with a gating brightness amplifier (with a set of replaceable band-pass optical filters, its working sub-ranges of the spectrum are 280-300, 400-600, 600-800 nm and without band-pass optical filters the full operating range of the spectrum is 280-800 nm), a photodetector (FPU), a unit for processing and displaying information received from the FPU.

Основным недостатком аналога является отсутствие в его составе инфракрасного канала с рабочим диапазоном спектра 3-12 мкм, который позволяет в силу высокой чувствительности к температурному контрасту контролируемых элементов высоковольтного оборудования обнаруживать их неисправности, возникающие на ранних этапах, и отсутствие дальномерного устройства.The main disadvantage of the analogue is the absence in its composition of an infrared channel with a working spectrum range of 3-12 μm, which, due to its high sensitivity to the temperature contrast of the controlled elements of high-voltage equipment, detects their malfunctions arising in the early stages, and the absence of a rangefinder.

Прототипом является устройство для измерения и обнаружения электрического разряда [Stolper G.R., Schutz R.A. Apparatus, methods and systems for measuring and detecting electrical discharge // Patent No. US 2016/0025799 A1. 28.01.2016; Стоплер Г.Р., Шутц P.A. Устройства, способы и системы для измерения и обнаружения электрического разряда // Патент №RU 2661976 С2. 23.07.2018.].The prototype is a device for measuring and detecting an electric discharge [Stolper G.R., Schutz R.A. Apparatus, methods and systems for measuring and detecting electrical discharge // Patent No. US 2016/0025799 A1. 01/28/2016; Stopler G.R., Schutz P.A. Devices, methods and systems for measuring and detecting an electric discharge // Patent No.RU 2661976 C2. 07/23/2018.].

Данное устройство для измерения и обнаружения электрического разряда содержит приемную оптическую систему, наблюдательную ветвь, содержащую полосовые оптические фильтры и два ФПУ, регистрирующие излучение в видимом и инфракрасном диапазонах спектра соответственно, измерительную ветвь, содержащую полосовой оптический фильтр и ФПУ, регистрирующее излучение в ультрафиолетовом диапазоне спектра, дальномерное устройство, блок обработки и отображения информации, получаемой с ФПУ наблюдательной ветви, ФПУ измерительной ветви и дальномерного устройства.This device for measuring and detecting an electric discharge contains a receiving optical system, an observation branch containing band-pass optical filters and two FPUs that register radiation in the visible and infrared ranges of the spectrum, respectively, a measuring branch containing a band-pass optical filter and FPU that records radiation in the ultraviolet range of the spectrum , rangefinder, processing and display unit of information received from FPU of the observation branch, FPU of the measuring branch and rangefinder device.

Основными недостатками прототипа являются:The main disadvantages of the prototype are:

- использование приемной оптической системы, включающей два отдельных объектива - для ультрафиолетового и видимого (первый объектив) и инфракрасного (второй объектив) диапазонов спектра, что создает дополнительную проблему - необходимость обеспечения соосности оптических осей ультрафиолетового, видимого и инфракрасного каналов; не соблюдение соосности этих оптических осей вызывает снижение точности определения координат неисправности контролируемых элементов; наличие двух объективов также ухудшает массогабаритные параметры устройства;- the use of a receiving optical system that includes two separate lenses - for the ultraviolet and visible (first lens) and infrared (second lens) spectral ranges, which creates an additional problem - the need to ensure alignment of the optical axes of the ultraviolet, visible and infrared channels; non-alignment of these optical axes causes a decrease in the accuracy of determining the coordinates of the malfunction of the controlled elements; the presence of two lenses also affects the overall dimensions of the device;

- для выделения потока излучения ультрафиолетового диапазона спектра, который является информационным для получения количественных данных по величине коронного и других видов поверхностных разрядов, приводящих к разрушению элементов высоковольтного оборудования, применяется только полосовой оптический фильтр, который не может обеспечить необходимый уровень соотношения «сигнал/фон» в дневное время суток;- to isolate the radiation flux of the ultraviolet range of the spectrum, which is informational for obtaining quantitative data on the magnitude of corona and other types of surface discharges leading to the destruction of high-voltage equipment elements, only a band-pass optical filter is used, which cannot provide the necessary level of signal / background ratio in the daytime;

- использование ЭОП, которые требуют применения сложной электронной системы управления получения изображения.- the use of image intensifiers that require the use of a sophisticated electronic image acquisition control system.

Техническим результатом полезной модели является повышение вероятности обнаружения и точности измерения электрического разряда в любое время суток при сохранении небольших массогабаритных характеристик устройства.The technical result of the utility model is to increase the likelihood of detection and the accuracy of measuring an electrical discharge at any time of the day while maintaining the small weight and size characteristics of the device.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве обнаружения и измерения электрического разряда высоковольтного оборудования, содержащем приемную оптическую систему, наблюдательную ветвь, содержащую, по меньшей мере, один полосовой оптический фильтр, фотоприемное устройство (ФПУ), регистрирующее излучение в видимом диапазоне спектра, ФПУ, регистрирующее излучение в инфракрасном диапазоне спектра, измерительную ветвь, содержащую полосовой оптический фильтр и ФПУ, регистрирующее излучение в ультрафиолетовом диапазоне спектра, дальномерное устройство и блок обработки и отображения информации, получаемой с ФПУ наблюдательной и измерительной ветвей и дальномерного устройства, согласно настоящей полезной модели, приемная оптическая система представляет собой зеркальный объектив, общий для наблюдательной и измерительной ветвей, по ходу лучей после зеркального объектива введена дифракционная решетка, выполненная с возможностью пропускания в нулевом порядке дифракции потока излучения в видимом и инфракрасном диапазонах спектра в наблюдательную ветвь, а в рабочем порядке дифракции - потока излучения в ультрафиолетовом диапазоне спектра в измерительную ветвь, при этом в измерительной ветви дополнительно введена спектральная щель, установленная по ходу лучей в рабочем порядке дифракции дифракционной решетки между полосовым оптическим фильтром и ФПУ в задней фокальной плоскости зеркального объектива, а в наблюдательной ветви по ходу лучей в нулевом порядке дифракции дифракционной решетки дополнительно введен спектроделитель, выполненный с возможностью разделения потока излучения на видимый и инфракрасный диапазоны спектра. ФПУ измерительной ветви может представлять собой малошумящий солнечно-слепой кремниевый фотоприемник.The technical result is achieved due to the fact that in the device for detecting and measuring the electric discharge of high-voltage equipment containing a receiving optical system, an observation branch containing at least one band-pass optical filter, a photodetector (FPU) that detects radiation in the visible range of the spectrum, FPU detecting radiation in the infrared range of the spectrum, a measuring branch containing a band-pass optical filter and FPU detecting radiation in the ultraviolet range spectrum, a rangefinder and a unit for processing and displaying information received from the FPU of the observation and measuring branches and the rangefinding device, according to the present utility model, the receiving optical system is a mirror lens common to the observation and measuring branches, a diffraction lens is introduced along the rays after the mirror lens a lattice configured to transmit in the zeroth order diffraction of the radiation flux in the visible and infrared ranges of the spectrum into the observation branch and, in the diffraction order, the radiation flux in the ultraviolet range of the spectrum is introduced into the measuring branch, while an additional spectral slit is introduced in the measuring branch, which is installed along the rays in the diffraction grating operating order between the band-pass optical filter and the FPD in the rear focal plane of the mirror lens, and in the observational branch along the rays in the zero diffraction order of the diffraction grating, a spectro splitter is additionally introduced, configured to separate the radiation flux and the visible and infrared spectral ranges. The FPU of the measuring branch can be a low-noise solar-blind silicon photodetector.

Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг.).The essence of the utility model is illustrated in the drawing (Fig.).

На фиг. изображена функциональная схема предлагаемого устройства обнаружения и измерения электрического разряда высоковольтного оборудования.In FIG. depicts a functional diagram of the proposed device for detecting and measuring the electrical discharge of high voltage equipment.

Устройство 1 обнаружения и измерения электрического разряда высоковольтного оборудования содержит приемную оптическую систему, представляющую собой зеркальный объектив 2, наблюдательную 3 и измерительную 4 ветви, а также дальномерное устройство 5. По ходу лучей после зеркального объектива 2, который является общим для наблюдательной 3 и измерительной 4 ветвей, введена дифракционная решетка 6, выполненная с возможностью пропускания в нулевом порядке дифракции потока излучения в видимом и инфракрасном диапазонах спектра в наблюдательную ветвь 3, а в рабочем порядке дифракции - потока излучения в ультрафиолетовом диапазоне спектра в измерительную ветвь 4. Наблюдательная ветвь 3 содержит расположенный по ходу лучей в нулевом порядке дифракции дифракционной решетки 6 спектроделитель 7, обеспечивающий возможность разделения потока излучения на видимый и инфракрасный диапазоны спектра. По ходу лучей в видимом диапазоне спектра установлено ФПУ 8, по ходу лучей в инфракрасном диапазоне спектра последовательно установлены сменный полосовой оптический фильтр 9 и ФПУ 10. Измерительная ветвь 4 содержит последовательно установленные по ходу луча в рабочем порядке дифракции дифракционной решетки 6 полосовой оптический фильтр 11, спектральную щель 12, расположенную в задней фокальной плоскости зеркального объектива 2, а также ФПУ 13. Выходы ФПУ 8 и ФПУ 10 наблюдательной ветви 3 и дальномерного устройства 5 подключены к соответствующим входам блока обработки и отображения информации 14. ФПУ 13 измерительной ветви 4 подключено к соответствующему входу блока обработки и отображения информации 14 через узкополосный усилитель 15. Кроме того, на фигуре показан элемент контролируемого высоковольтного оборудования 16, находящийся в поле зрения устройства 1.The device 1 for detecting and measuring the electric discharge of high-voltage equipment contains a receiving optical system, which is a mirror lens 2, an observing 3 and measuring 4 branches, and a rangefinder 5. In the direction of the rays after the mirror lens 2, which is common for observing 3 and measuring 4 branches, introduced a diffraction grating 6, made with the possibility of transmission in the zero order of diffraction of the radiation flux in the visible and infrared spectral ranges in the observational 3, and in the diffraction order, the radiation flux in the ultraviolet range of the spectrum to the measuring branch 4. The observing branch 3 contains a spectro splitter 7 located along the rays in the zero diffraction order of the diffraction grating 6, which makes it possible to separate the radiation flux into the visible and infrared ranges of the spectrum. FPU 8 is installed along the rays in the visible spectral range, a replaceable band-pass optical filter 9 and FPU 10 are installed in the infrared spectrum along the rays of the beam. The measuring branch 4 contains the band-pass optical filter 11 sequentially installed along the beam in the diffraction grating diffraction order 6, the spectral slit 12 located in the rear focal plane of the mirror lens 2, as well as the FPU 13. The outputs of the FPU 8 and FPU 10 of the observation branch 3 and rangefinder 5 are connected to the corresponding the inputs of the information processing and display unit 14. The FPU 13 of the measuring branch 4 is connected to the corresponding input of the information processing and display unit 14 through a narrow-band amplifier 15. In addition, the figure shows an element of controlled high-voltage equipment 16, which is in the field of view of the device 1.

Ниже приведен пример конкретного исполнения предложенного устройства 1 обнаружения и измерения электрического разряда высоковольтного оборудования.The following is an example of a specific implementation of the proposed device 1 for detecting and measuring the electrical discharge of high-voltage equipment.

Приемная оптическая система, представляющая собой зеркальный объектив 2, построена по оптической схеме типа Кассегрена и имеет световой диаметр 40 мм, фокусное расстояние 200 мм (относительное отверстие 1:8) и угловое поле зрения 2°. На рабочие поверхности элементов объектива нанесено зеркальное алюминиевой покрытие.The receiving optical system, which is a mirror lens 2, is constructed according to the Cassegrain type optical scheme and has a light diameter of 40 mm, a focal length of 200 mm (relative aperture 1: 8) and an angular field of view of 2 °. Mirror-coated aluminum is applied to the working surfaces of the lens elements.

Дальномерное устройство 5 представляет собой малогабаритный и легкий лазерный дальномер модели «MLR-100» (фирма «FLIR»).Rangefinder 5 is a compact and lightweight laser rangefinder model "MLR-100" (company "FLIR").

Дифракционная решетка 6 выполнена в виде пропускающей голограммной рельефно-фазовой дифракционной решетки со световым диаметром 20 мм на подложке из оптического материала - флюорита (фтористого кальция) [Справочник конструктора оптико-механических приборов / В.А. Панов, М.Я. Кругер, В.В. Кулагин и др.; Под общ. ред. В.А. Панова. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. - С. 667], толщина которой 1 мм. Голограммная рельефно-фазовая дифракционная решетка, как известно [Герасимов Ф.М., Яковлев Э.А. Дифракционные решетки / Современные тенденции в технике спектроскопии. - Новосибирск: Наука, 1982. С. 24-94], отличается отсутствием ложных спектральных линий - так называемых «духов Роуланда» и «духов Лаймана» - и характеризуется пониженным уровнем рассеянного света, что обеспечивает повышенное отношение «сигнал/фон».The diffraction grating 6 is made in the form of a transmitting hologram relief-phase diffraction grating with a light diameter of 20 mm on a substrate of optical material - fluorite (calcium fluoride) [Handbook of the designer of optical-mechanical devices / V.A. Panov, M.Ya. Kruger, V.V. Kulagin and others; Under the total. ed. V.A. Panova. - L .: Engineering, Leningrad. Department, 1980. - S. 667], the thickness of which is 1 mm. A hologram relief-phase diffraction grating, as is known [Gerasimov FM, Yakovlev E.A. Diffraction gratings / Current trends in spectroscopy technique. - Novosibirsk: Nauka, 1982. P. 24-94], characterized by the absence of false spectral lines - the so-called "Rowland spirits" and "Lyman spirits" - and is characterized by a low level of scattered light, which provides an increased signal / background ratio.

Спектроделитель 7 выполнен со световым диаметром 20 мм на подложке из кварцевого оптического стекла марки КУ-1 (ГОСТ 15130-86 «Стекло кварцевое оптическое. Общие технические условия»), толщина которой 2 мм, и имеет полупрозрачное покрытие.The spectrum splitter 7 is made with a light diameter of 20 mm on a substrate made of quartz optical glass of the KU-1 brand (GOST 15130-86 “Optical quartz glass. General specifications”), the thickness of which is 2 mm, and has a translucent coating.

ФПУ 8 представляет собой ПЗС-матрицу модели «Exmor R CMOS» фирмы «SONY».FPU 8 is a CCD matrix of the SONY Exmor R CMOS model.

В наблюдательной ветви 3 установлен, по меньшей мере, один полосовой оптический фильтр 9. В данном конкретном примере исполнения устройства 1 предлагается ввести два полосовых оптических фильтра 9, соответствующих инфракрасным поддиапазонам спектра 3,0-5,0 мкм и 8,0-14,0 мкм, каждый из которых выполнен в виде плоскопараллельной пластинки диаметром 20 мм и толщиной 1 мм из монокристаллического оптического германия, на рабочую поверхность которой нанесено диэлектрическое покрытие, причем эти фильтры 9 выполнены с возможностью переменного введения в оптический тракт наблюдательной ветви 3.At least one band-pass optical filter 9 is installed in the observation branch 3. In this particular embodiment of the device 1, it is proposed to introduce two band-pass optical filters 9 corresponding to infrared subbands of the spectrum of 3.0-5.0 μm and 8.0-14, 0 μm, each of which is made in the form of a plane-parallel plate with a diameter of 20 mm and a thickness of 1 mm from single-crystal optical germanium, on the working surface of which a dielectric coating is applied, and these filters 9 are made with the possibility of variable introduction into the optical path of the observation branch 3.

Прошедший через один из полосовых оптических фильтров 9 поток излучения в соответствующем инфракрасном поддиапазоне спектра регистрируется ФПУ 10, которое представляет собой неохлаждаемый микроболометрический двухспектральный (3,0-5,0 мкм; 8,0-14,0 мкм) матричный детектор.Passing through one of the band-pass optical filters 9, the radiation flux in the corresponding infrared sub-band of the spectrum is recorded by FPU 10, which is an uncooled microbolometric two-spectral (3.0-5.0 μm; 8.0-14.0 μm) matrix detector.

Полосовой оптический фильтр 11 выполнен в виде плоскопараллельной пластинки диаметром 20 мм и толщиной 1 мм из цветного оптического стекла марки УФС5.The band-pass optical filter 11 is made in the form of a plane-parallel plate with a diameter of 20 mm and a thickness of 1 mm from colored optical glass grade UFS5.

ФПУ 13 регистрирует излучение в ультрафиолетовом диапазоне спектра и выполнено в виде малошумящего солнечно-слепого кремниевого фотоприемника серии «TOCON» (компания «SGLUX») со встроенным предусилителем. Поток излучения, выделенный дифракционной решеткой 6 совместно с полосовым оптическим фильтром 11 и спектральной щелью 12, занимает не более 1/2 от площади светочувствительного элемента кремниевого фотоприемника в плоскости дисперсии дифракционной решетки 6.FPU 13 registers radiation in the ultraviolet range of the spectrum and is made in the form of a low-noise solar-blind silicon photodetector of the TOCON series (SGLUX company) with an integrated preamplifier. The radiation flux extracted by the diffraction grating 6 together with the band-pass optical filter 11 and the spectral slit 12 occupies no more than 1/2 of the area of the photosensitive element of the silicon photodetector in the dispersion plane of the diffraction grating 6.

Блок обработки и отображения информации 14 выполнен на основе микропроцессорного устройства с соответствующим программным обеспечением, пользовательским интерфейсом и возможностью вывода информации на дисплей и записи данных на информационный носитель типа флэш-карта.The information processing and display unit 14 is made on the basis of a microprocessor device with appropriate software, a user interface and the ability to display information on the display and write data to information media such as a flash card.

Блок обработки и отображения информации 14 содержит модуль памяти, в котором хранятся калибровочные данные, полученные на этапе калибровки устройства 1 при использовании эталонного излучателя в ультрафиолетовом диапазоне спектра, связывающие величину выходного тока ФПУ 13, входную освещенность, полученную от эталонного излучателя и дальность от устройства 1 до эталонного излучателя.The information processing and display unit 14 contains a memory module that stores calibration data obtained at the calibration stage of the device 1 when using the reference emitter in the ultraviolet range of the spectrum, connecting the output current of the FPU 13, the input illumination received from the reference emitter and the distance from the device 1 to the reference emitter.

Блок обработки и отображения информации 14 выполнен с возможностью отображения элемента 16 контролируемого высоковольтного оборудования на дисплее в виде его телевизионного изображения (полученного с ФПУ 8), инфракрасного изображения (полученного с ФПУ 10) в псевдоцветах или комплексированного изображения (комбинация сигналов, полученных с ФПУ 8 и ФПУ 10), а также количественных данных о величине заряда в области возникающих поверхностных разрядов на неисправных элементах 16 контролируемого высоковольтного оборудования, рассчитанного с учетом измеренной дальности до этого элемента 16 при помощи встроенного миниатюрного дальномерного устройства 5, с учетом измеренной величины выходного тока с ФПУ 13, калибровочных данных и поправочных коэффициентов, обусловленных условиями окружающей среды, например, относительной влажности и температуры. Поправочные коэффициенты могут быть заранее рассчитаны при помощи программы для ЭВМ «Модель для расчета прозрачности атмосферы на произвольно ориентированных оптических трассах» [Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ RU №2014660671, опубл. 20.11.2014 г., Правообладатель: АО «НПО ГИПО» (RU)], которые записаны в модуль памяти блока обработки и отображения информации 14 и могут выбираться с помощью пользовательского интерфейса в зависимости от преобладающих погодных условий на момент эксплуатации устройства 1.The information processing and display unit 14 is configured to display the element 16 of the controlled high-voltage equipment on the display in the form of its television image (obtained from the FPU 8), infrared image (obtained from the FPU 10) in pseudo colors or a complex image (a combination of signals received from FPU 8 and FPU 10), as well as quantitative data on the magnitude of the charge in the region of emerging surface discharges on the faulty elements 16 of the controlled high-voltage equipment, calculated taking into account is the measured distance to the element 16 with a built miniature distance measuring device 5, with the measured value of the output current from the FPU 13, the calibration data and correction factors caused by environmental conditions such as relative humidity and temperature. Correction factors can be calculated in advance using the computer program “Model for calculating atmospheric transparency on randomly oriented optical paths” [Certificate of state registration of a computer program RU No. 20144660671, publ. November 20, 2014, Rightholder: JSC NPO GIPO (RU)], which are recorded in the memory module of the information processing and display unit 14 and can be selected using the user interface depending on the prevailing weather conditions at the time of operation of the device 1.

Узкополосный усилитель 15 представляет собой полосовой усилитель переменного тока с центральной частотой υ=50 Гц.Narrow-band amplifier 15 is an AC strip amplifier with a center frequency υ = 50 Hz.

Устройство 1 обнаружения и измерения электрического разряда высоковольтного оборудования работает следующим образом (см. фиг.).The device 1 for detecting and measuring the electric discharge of high-voltage equipment works as follows (see. Fig.).

Поток излучения от неисправного элемента 16 контролируемого высоковольтного оборудования поступает на входной зрачок приемной оптической системы - зеркального объектива 2 устройства 1 и далее на дифракционную решетку 6, прозрачную в рабочем диапазоне спектра от 0,26 до 14 мкм, причем в ее нулевом порядке дифракции поток излучения поступает в наблюдательную ветвь 3 на спектроделитель 7, где он разделяется на два потока - в видимом диапазоне спектра (за счет соответствующего пропускания спектроделителя 7) и инфракрасном диапазоне спектра (за счет соответствующего отражения спектроделителя 7), а в ее рабочем порядке дифракции поток излучения в ультрафиолетовом диапазоне спектра поступает в измерительную ветвь 4.The radiation flux from the faulty element 16 of the monitored high-voltage equipment goes to the entrance pupil of the receiving optical system — the mirror lens 2 of the device 1 and then to the diffraction grating 6, which is transparent in the operating range of the spectrum from 0.26 to 14 μm, and the radiation flux in its zero diffraction order enters the observing branch 3 on the spectrometer 7, where it is divided into two streams - in the visible range of the spectrum (due to the corresponding transmission of the spectrometer 7) and the infrared range of the spectrum (due to t of the corresponding reflection of the spectrum splitter 7), and in its working diffraction order, the radiation flux in the ultraviolet range of the spectrum enters the measuring branch 4.

Поток излучения в видимом диапазоне спектра поступает на ФПУ 8, выход которого электрически сопряжен со входом блока обработки и отображения информации 14.The radiation flux in the visible range of the spectrum is supplied to the FPU 8, the output of which is electrically coupled to the input of the processing and information display unit 14.

Поток излучения в инфракрасном диапазоне спектра, пройдя через один из сменных полосовых оптических фильтров 9, поступает на ФПУ 10, выход которого подключен к входу блока обработки и отображения информации 14.The radiation flux in the infrared range of the spectrum, passing through one of the interchangeable band-pass optical filters 9, is fed to the FPU 10, the output of which is connected to the input of the information processing and display unit 14.

Поток излучения проходит дифракционную решетку 6 в ее рабочем порядке дифракции и поступает в измерительную ветвь 4. За счет дисперсионных свойств дифракционной решетки 6 формируется поток излучения в ультрафиолетовом диапазоне спектра с резкими границами спектральной полосы. Полосовой оптический фильтр И выполняет дополнительную спектральную селекцию потока излучения, который далее проходит через спектральную щель 12, расположенную в задней фокальной плоскости зеркального объектива 2, за счет чего подвергается дополнительной пространственной фильтрации, в итоге отсеяв длинноволновую часть ультрафиолетового диапазона, и поступает на светочувствительную площадку ФПУ 13. Таким образом, дифракционная решетка 6, полосовой оптический фильтр 11 и спектральная щель 12 обеспечивают возможность выделить полезные сигналы низкой интенсивности в области спектра от 260 до 290 нм и полностью исключить попадание на светочувствительную площадку ФПУ 13 мощного солнечного излучения в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах спектра и существенно повысить отношение «сигнал/фон».The radiation flux passes through the diffraction grating 6 in its operational diffraction order and enters the measuring branch 4. Due to the dispersion properties of the diffraction grating 6, a radiation flux is formed in the ultraviolet range of the spectrum with sharp spectral band boundaries. The band-pass optical filter And performs additional spectral selection of the radiation flux, which then passes through the spectral slit 12 located in the rear focal plane of the mirror lens 2, due to which it undergoes additional spatial filtering, ultimately filtering out the long-wavelength part of the ultraviolet range, and enters the light-sensitive area of the FPU 13. Thus, the diffraction grating 6, the band-pass optical filter 11 and the spectral slit 12 provide the opportunity to highlight useful systems Nala low intensity in the spectral range from 260 to 290 nm, and completely excluded from entering on a photosensitive area 13 FPA powerful solar radiation in the ultraviolet, visible and infrared spectrum and substantially increase the ratio of the "signal / background".

Выход ФПУ 13 через узкополосный усилитель 15 с центральной частотой υ=50 Гц, соответствующей промышленной частоте переменного тока, подключен к блоку обработки и отображения информации 14. Узкополосной усилитель 15 позволяет дополнительно повысить отношение «сигнал/фон».The output of the FPU 13 through a narrow-band amplifier 15 with a central frequency υ = 50 Hz, corresponding to the industrial frequency of the alternating current, is connected to the information processing and display unit 14. The narrow-band amplifier 15 allows to further increase the signal-to-background ratio.

Блок обработки и отображения информации 14 с использованием специального программного обеспечения выводит на дисплей изображение диагностируемого (потенциально неисправного) элемента 16 контролируемого высоковольтного оборудования сначала в видимом диапазоне спектра, затем в инфракрасном диапазоне спектра (при этом возможен выбор поддиапазонов 3,0-5,0 мкм или 8,0-14,0 мкм) в псевдоцветах, а, при необходимости, - комплексированное изображение. В сумеречное, ночное время и в условиях плохой видимости (дождь, туман) наблюдение диагностируемого элемента 16 проводится в инфракрасном диапазоне спектра. При этом возможно обнаружение аномалии температурного контраста элемента 16, которая свидетельствует о возможности возникновения очага поверхностного разряда в наблюдаемом элементе 16 контролируемого высоковольтного оборудования. Затем включается дальномерное устройство 5, с которого количественные данные о расстоянии до элемента 16 контролируемого высоковольтного оборудования поступают на вход блока обработки и отображения информации 14.The information processing and display unit 14, using special software, displays the image of the diagnosed (potentially faulty) element 16 of the monitored high-voltage equipment, first in the visible range of the spectrum, then in the infrared range of the spectrum (in this case, a choice of subbands of 3.0-5.0 μm is possible or 8.0-14.0 microns) in pseudo colors, and, if necessary, a complex image. In twilight, night time and in conditions of poor visibility (rain, fog), the observation of the diagnosed element 16 is carried out in the infrared range of the spectrum. In this case, it is possible to detect an anomaly in the temperature contrast of element 16, which indicates the possibility of a source of surface discharge in the observed element 16 of the controlled high-voltage equipment. Then the rangefinder device 5 is turned on, from which quantitative data on the distance to the element 16 of the monitored high-voltage equipment is received at the input of the information processing and display unit 14.

Далее блок 14 обрабатывает информацию и отображает ее в виде телевизионного изображения, или инфракрасного изображения в псевдоцветах, или комплексированного изображения исследуемого элемента 16, а также количественные данные о рассчитанной величине заряда в области возникающих поверхностных разрядов на данном элементе 16 контролируемого высоковольтного оборудования.Next, the unit 14 processes the information and displays it in the form of a television image, or an infrared image in pseudo colors, or a complex image of the investigated element 16, as well as quantitative data on the calculated charge in the region of surface discharges on this element 16 of the controlled high-voltage equipment.

На основании полученных количественных данных принимается решение о выполнении конкретных мер по предотвращению возможной аварии.Based on the obtained quantitative data, a decision is made on the implementation of specific measures to prevent a possible accident.

Предлагаемое устройство позволяет в режиме реального времени обнаруживать и измерять электрические разряды высоковольтного оборудования в любое время суток и обеспечивает повышение вероятности обнаружения и точности их измерения при сохранении небольших массогабаритных характеристик устройства за счет применения одного компактного зеркального объектива, общего для наблюдательной и измерительной ветвей, применения пропускающей дифракционной решетки, при этом после дифракционной решетки в измерительной ветви поток излучения в ультрафиолетовом диапазоне спектра подвергается дополнительной спектральной и пространственной фильтрации при помощи полосового оптического фильтра и спектральной щели, обеспечивая существенное повышение отношения «сигнал/фон».The proposed device allows real-time detection and measurement of electrical discharges of high-voltage equipment at any time of the day and provides an increase in the probability of detection and the accuracy of their measurement while maintaining small mass and size characteristics of the device due to the use of one compact mirror lens, common to the observation and measuring branches, the use of transmitting diffraction grating, while after the diffraction grating in the measuring branch, the radiation flux in The ultraviolet range of the spectrum is subjected to additional spectral and spatial filtering using a band-pass optical filter and a spectral gap, providing a significant increase in the signal-to-background ratio.

Claims

1. Device for detecting and measuring the electrical discharge of high-voltage equipment, containing a receiving optical system, an observation branch containing at least one band-pass optical filter, a photodetector (FPU) that detects radiation in the visible range of the spectrum, FPU that records radiation in the infrared range spectrum, a measuring branch containing a band-pass optical filter and FPU, detecting radiation in the ultraviolet range of the spectrum, a rangefinder and a processing unit and display information obtained from the FPU of the observation and measuring branches and the rangefinder, characterized in that the receiving optical system is a mirror lens common to the observation and measuring branches, a diffraction grating is introduced along the rays after the mirror lens, made with the possibility of transmission in zero order diffraction of the radiation flux in the visible and infrared ranges of the spectrum into the observing branch, and in the working order of diffraction, the radiation flux into ultraviolet m of the spectrum in the measuring branch, while the spectral slit is additionally introduced in the measuring branch, installed along the rays in the working order of diffraction of the diffraction grating between the band-pass optical filter and the FPU in the rear focal plane of the mirror lens, and in the observation branch along the rays in the zero order diffraction of the diffraction grating additionally introduced a spectrometer, configured to separate the radiation flux into the visible and infrared ranges of the spectrum.

2. The device for detecting and measuring the electric discharge of high-voltage equipment according to claim 1, characterized in that the FPU of the measuring branch is a low-noise solar-blind silicon photodetector.