RU2785093C1 - Apparatus for diagnosing the technical condition of a high-voltage insulator - Google Patents
Apparatus for diagnosing the technical condition of a high-voltage insulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785093C1 RU2785093C1 RU2022104912A RU2022104912A RU2785093C1 RU 2785093 C1 RU2785093 C1 RU 2785093C1 RU 2022104912 A RU2022104912 A RU 2022104912A RU 2022104912 A RU2022104912 A RU 2022104912A RU 2785093 C1 RU2785093 C1 RU 2785093C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- electromagnetic signal
- signal
- amplitude detector
- Prior art date
Links
- 239000012212 insulator Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 15
- 238000007374 clinical diagnostic method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
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.The invention relates to the field of electrical measuring technology and can be used for remote monitoring of the operating state of high-voltage insulators based on the measurement and analysis of the characteristics of the microwave - multipactor discharge.
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.A device is known that implements a method for non-contact and remote control of the electrical strength of garlands of insulators of overhead high-voltage power lines (see RU 2058559 C1, 20.04.1996), containing a meter-wave antenna, first and second amplifiers, a band-pass filter, a detector, an indication device, an antenna with a narrow GHz waveband, a transceiver, the first and second filters, a correlator, a signal processing device, an indicator, and an antenna that receives a power frequency signal. The operation of this device boils down to the fact that, first, the signal of the display device, which has passed through the meter-range antenna, the first amplifier, the band-pass filter and the detector, determines the power line support containing the garland that has lost strength. Then, microwave radiation is formed by the transceiver in the range of 3-30 GHz and garlands of insulators are irradiated sequentially through an antenna with a narrow radiation pattern, the reflected signal is received, while the faulty garland is judged (indicator readings) by the emerging relationship between the characteristics of the microwave signals reflected from the garland , high-frequency radiation signals of the meter wave range and high-voltage signals of industrial frequency (an antenna that receives a signal of industrial frequency) applied to insulator strings.
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.The disadvantage of this known device can be considered the complexity of the procedure associated with the search for a garland that has lost electrical strength and the definition of a garland containing an element that has lost electrical strength, as well as an error in time gating the amplitude of the reflected microwave signal from the garland and the field strength of an industrial frequency power line due to her changes.
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.The closest technical solution to the proposed one is the device adopted by the author for the prototype for diagnosing the state of high-voltage insulators (see RU 2726305 C1, 07/13/2020), containing a signal source that transmits an electromagnetic antenna, a round waveguide with a first, closing and opening end and a second closing end, receiving electromagnetic antenna, amplitude detector, amplifier, indicator and output power meter. In this device, using the effect of a microwave multipactor discharge, which is a phenomenon in radio frequency devices in which, under certain conditions, secondary electron emission in resonance with an alternating electric field leads to exponential multiplication of electrons, leading to damage (destruction) of the radio frequency device, a multipactor discharge on the surface of a high-voltage insulator in the waveguide, which leads to the attenuation of the microwave power at the output of the waveguide, makes it possible to obtain information about the state of the insulators.
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.The disadvantage of this known device is the error in detecting the defectiveness of the high-voltage insulator due to the difficulty of identifying the output signal power used to diagnose the controlled product.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение степени диагностики технического состоянии высоковольтного изолятора. The technical result of the proposed technical solution is to increase the degree of diagnostics of the technical condition of the high-voltage insulator.
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.The technical result is achieved by the fact that the second electromagnetic signal source, the second electromagnetic signal input element , the second electromagnetic signal output element, the second amplitude detector, the signal subtraction unit, the first and second cylindrical cavity resonators with removable ends, the output of the first electromagnetic signal source through the first electromagnetic signal input element is connected to the input of the first cylindrical cavity resonator, the output of which is through the first element the output of the electromagnetic signal is connected to the input of the first amplitude detector, the output of the latter is connected to the first input of the signal subtractor, the output of the second source of the electromagnetic signal through the second input element of the electromagnetic signal is connected to the input of the second cylindrical cavity resonator, the output of which is connected through the second element of the output of the electromagnetic signal to the input of the second amplitude detector, the output of the latter is connected to the second input of the subtractor, the output of the subtractor is connected to the input of the indicator.
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.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above features, is that tracking the difference signal generated as a result of the occurrence of a microwave multipactor in two identical volume cylindrical resonators with reference and investigated high-voltage insulators, makes it possible to diagnose the technical condition of the insulator.
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.The presence in the claimed device of a combination of the listed existing features allows solving the problem of diagnosing the technical condition of a high-voltage insulator by monitoring the difference signal generated as a result of the occurrence of a microwave multipactor in two identical volume cylindrical resonators with a reference and a high-voltage insulator under study, i.e. increase the degree of diagnostics of the technical condition of the high-voltage insulator.
На чертеже приведена функциональная схема устройства.The drawing shows a functional diagram of the device.
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.The device comprises the first
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.The operation of the proposed device is based on the effect of microwave - multipactor discharge in two identical cylindrical cavity resonators and it works as follows. Thanks to the removable ends, a standard defect-free high-
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 ΔUд, отображенное в индикаторе 12, принимается как предельное значение, характеризующее дефектность изолятора.As is known from the theory of cylindrical volumetric closed resonators, at resonance, a standing wave with antinodes and amplitude nodes is formed in their cavity. Because of this, the beginning of non-defective and defective insulators, along the wave propagation line, should be located at the antinode of the specified wave, i.e. in the space region of the cavity of the resonators with the maximum value of the amplitude of the standing wave. According to this device, in the resonance mode in the first resonator and the second resonator, the output power of the first electromagnetic signal source and the second electromagnetic signal source is smoothly increased and the change in the output signal of the
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.In the device, the determination of the limiting value of the difference signal corresponding to the integrity of the insulator comes down to the fact that after the multipactor in the second resonator, the second source is turned off and the defective insulator is removed from the second resonator. The stopped output power of the first source is increased and the multipactor is monitored in the first resonator with a non-defective insulator. A further increase in the specified power will synchronously increase the output signal of the subtractor due to the zero signal at its second input.
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 ΔUнд. Вычисление этого сигнала в данном устройстве осуществляется посредством индикатора 12. Здесь нетрудно заметить, что ΔUнд<ΔUд. 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 ΔUд, то исследуемый изолятор можно считать бракованным, а при других значениях (меньше ΔUд, но недостигшей ΔUнд) - небракованным.The emergence of a multipactor (intentionally) on the surface of a non-defective insulator, due to an increase in power at the input of the first resonator, will be associated with a sharp decrease in the output signal of the subtractor (violation of the resonance mode in the first resonator), which is taken as a limiting value and denoted as ΔU nd . The calculation of this signal in this device is carried out by means of
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.Thus, in the proposed technical solution based on a microwave multipactor in two identical cylindrical cavity resonators with further monitoring of the difference signal, it is possible to provide diagnostics of the technical condition of high-voltage insulators.
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.This device, in addition to diagnosing high-voltage insulators, can be successfully used, for example, in plasma technology to determine the thermal and electrical resistance of diamond plates used in the production of micro- and nanoelectronic devices.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2785093C1 true RU2785093C1 (en) | 2022-12-02 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2058559C1 (en) * | 1993-09-16 | 1996-04-20 | Николай Михайлович Шмидт | Method for contactless and remote high-voltage test of insulator strings on high-voltage overhead power transmission lines |
| CN2550768Y (en) * | 2002-06-13 | 2003-05-14 | 华北电力大学（北京） | Live line detector for high voltage transmission line insulator |
| CN1417590A (en) * | 2001-11-05 | 2003-05-14 | 北京华中港科贸有限公司 | Detection method and device for live insulator in high-voltage transmission line |
| RU2720638C1 (en) * | 2019-10-23 | 2020-05-12 | Николай Иванович Безбородов | Device for monitoring and diagnostics of high-voltage linear polymer insulators |
| RU2726305C1 (en) * | 2019-12-06 | 2020-07-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | High-voltage insulators condition diagnostics device |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2058559C1 (en) * | 1993-09-16 | 1996-04-20 | Николай Михайлович Шмидт | Method for contactless and remote high-voltage test of insulator strings on high-voltage overhead power transmission lines |
| CN1417590A (en) * | 2001-11-05 | 2003-05-14 | 北京华中港科贸有限公司 | Detection method and device for live insulator in high-voltage transmission line |
| CN2550768Y (en) * | 2002-06-13 | 2003-05-14 | 华北电力大学（北京） | Live line detector for high voltage transmission line insulator |
| RU2720638C1 (en) * | 2019-10-23 | 2020-05-12 | Николай Иванович Безбородов | Device for monitoring and diagnostics of high-voltage linear polymer insulators |
| RU2726305C1 (en) * | 2019-12-06 | 2020-07-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | High-voltage insulators condition diagnostics device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2498548A (en) | Comparator circuit | |
| RU2785093C1 (en) | Apparatus for diagnosing the technical condition of a high-voltage insulator | |
| US6674254B2 (en) | Method and apparatus for tuning particle accelerators | |
| US3798532A (en) | Electron double resonance spectrometer with a microwave cavity bridge arrangement | |
| US3967191A (en) | Method and apparatus for non-destructively measuring internal film resistance in a fluorescent lamp | |
| RU2726305C1 (en) | High-voltage insulators condition diagnostics device | |
| Sanchez et al. | Unified and simplified treatment of techniques for characterising transmission, reflection or absorption resonators | |
| US11530955B2 (en) | Method for measuring gas temperature in plasma | |
| RU2536164C1 (en) | Device to detect concentration of mixture of substances | |
| Sauer et al. | Precise calibration of a microwave cavity with a nonideal waveguide system | |
| RU2207581C2 (en) | Method determining state of line insulation of distribution networks and location of point of its failure | |
| RU2536184C1 (en) | Concentration meter | |
| US20160109502A1 (en) | Method for inspecting magnetron | |
| US5047726A (en) | Method and apparatus for implementing four-frequency measuring process for coupled-dual resonator crystals using both resonator ports | |
| RU2587468C2 (en) | Method of measuring density of electrons in plasma by optical spectroscopy | |
| US4087798A (en) | Device and method for determining the presence of resonant materials | |
| US2824280A (en) | Rectangular transmission line absorption cell | |
| Huan et al. | Advances in research on the multipactor detection method | |
| RU2803975C1 (en) | Probe for measuring dielectric constant of dielectric plates using microwave spectroscopy | |
| Caspers et al. | Measurement of trapped modes in perforated waveguides | |
| Tretyakov et al. | Measurement of the radiation frequency of a pulsed submillimeter-wave gyrotron using beat-note signals with the harmonics of a millimeter-wave frequency synthesizer | |
| RU2788311C1 (en) | Device for early diagnosis of the formation and development of microcracks in machine parts and structures | |
| RU2148266C1 (en) | Method for functional destruction of semiconductor radio electronic equipment and device for its embodiment | |
| Andreev et al. | Study of Perspective of Gaseous Dielectric Parameters Monitoring with Use of Coupled Biconical Resonators | |
| Zabolotnyi | Open-ended Microwave Biconical Cavity for the Determination of the Average Electron Density in a Low-temperature Plasma |