Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих методов и устройств диагностики ОПН 11
1.1. Проблема определения срока службы ОПН 11
1.2. Классификация и анализ методов диагностического контроля ОПН 24
1.3. Формулировка цели и задач диссертационной работы 38
2. Исследование условий работы опн и регистрирующей аппаратуры 42
2.1. Анализ грозовых и коммутационных токов через ОПН 42
2.2 Исследование влияния параметров разрядного тока на ОПН 55
2.3. Формулирование основных требований к устройству контроля 59
3. Разработка метода измерения параметров импульса тока 66
3.1. Цель и задачи метода измерения 66
3.2. Анализ существующих методов измерения параметров импульса тока 69
3.3. Математическая модель импульса тока через ОПН 73
3.4. Разработка метода идентификации параметров импульса тока 78
3.4.1. Нахождение функциональной зависимости напряжения Uc 83
3.4.2. Обратная задача определения временных параметров импульса 86
3.4.3. Методика определения начального приближения к искомым параметрам 90
3.4.4. Практическое подтверждение теоретической разрешимости обратной задачи 93
3.5. Методика идентификации параметров импульса по уточненной математической модели 95
3.5.1. Постановка задачи 95
3.5.2. Идентификация параметров импульса эквивалентного треугольника 96
3.5.3. Расчетно-теоретическое обоснование методики 99
4. Аппаратная реализация устройства контроля 107
4.1. Разработка схемотехнического решения 107
4.2. Принцип работы устройства контроля 109
4.3. Измерительные датчики тока 112
4.3.1. Анализ первичных преобразователей разрядного тока 112
4.3.2. Расчет преобразователей тока 117
4.3.3. Схема включения преобразователей 126
4.4. Контрольно-измерительная часть устройства 128
4.4.1. Аппаратная реализация 128
4.4.2. Алгоритмическая и программная реализация 133
5. Экспериментальная проверка 135
5.1. Методы и средства испытаний 135
5.2. Алгоритмическая и программная реализация методики 138
5.3. Испытание устройства импульсами разрядного тока 140
5.3.1. Испытание датчиков тока 140
5.3.2. Экспериментальная проверка работы устройства и методики 142
5.4. Обработка и анализ результатов эксперимента 145
Заключение 150
- Классификация и анализ методов диагностического контроля ОПН
- Исследование влияния параметров разрядного тока на ОПН
- Математическая модель импульса тока через ОПН
- Принцип работы устройства контроля
Введение к работе
В насюящее время в электрических сетях напряжением 110кВ и выше осуществляется массовое применение Ограничителей перенапряжений нелинейных (ОПН). Глубокий уровень ограничения перенапряжений (до 1,8 и 2,0 наибольшего фазного рабочего напряжения сети) позволяет решать проблему координации изоляции [1,2,3]. Устанавливаясь с целью ограничения перенапряжений, ОПН сам становится элементом электроустановки, находясь под непрерывным воздействием рабочего напряжения сети и возникающих перенапряжений. При такой работе надежность ОПН является важнейшим фактором надежной работы всей электроустановки.
Нарушение в работе, отказ или в самом неблагоприятном случае, повреждение ОПН могут вызвать отказ или повреждение в лучшем случае части, в худшем случае всей защищаемой электроустановки с соответствующими последствиями и ущербом.
Воздействия, приводящие к повреждению ОПН, связаны, как правило, с превышением нормируемых нагрузок [4,5], поэтому важно, во-первых, обеспечить правильный выбор ОПН, т.е. соответствие выбранных технических параметров ОПН реальным энергетическим нагрузкам в месте его установки, и, во-вторых, решить задачу диагностики ОПН в процессе эксплуатации.
Одной из самых сложных и нерешенных задач диагностики является оценка фактического срока службы ОПН [6]. Механизмы явлений, проявляющихся при работе нелинейных резисторов (HP), положенных в основу ОПН, до настоящего времени остаются до конца не изученными, и методика прогнозирования срока службы не является окончательной. Основная идея оценки фактического срока службы ОПН состоит в исчерпании исходного ресурса пропускной способности его HP за счет их отказов в режиме ограничения перенапряжений. Считается, что ресурс пропускной способности напрямую зависит от числа токовых воздействий на HP ОПН с определенной амплитудой и длительностью в определенных условиях
5 эксплуатации. В настоящее время, ресурс ОПН определяется с той или иной степенью точности, исходя из вероятностных методов: вероятностных характеристик импульсных токовых воздействий в месте установки ОПН и вероятностном их влиянии на срок службы ограничителя.
В виду разнообразия и статистического характера факторов, определяющих режимы работы ОПН при сильной зависимости параметров токов через ОПН от характеристик сети, где он установлен, информация по импульсам токов полезна и для решения задачи выбора ОПН в исследуемой сети.
В настоящее время различными организациями активно ведутся работы по проектированию устройств диагностики, реагирующих на протекающий через ОПН разрядный ток, вызываемый ограничиваемыми перенапряжениями. При этом до сих пор нет устройства, позволяющего регистрировать и сохранять параметры импульсов разрядного тока необходимые и достаточные для оценки ресурса пропускной способности ОПН, работающего не зависимо от условий эксплуатации и доступного для применения в комплекте с каждым ОПН.
Целью диссертационной работы является создание устройства контроля протекающих через ОПН импульсов тока в режиме ограничения перенапряжений, позволяющего регистрировать необходимые и достаточные для оценки ресурса пропускной способности ОПН параметры данного тока, и позволяющего осуществить набор статистического материала с целью оценки реальной энергетической нагрузки на ОПН и исследования влияния разрядного тока на срок службы ОПН. Для достижения этой цели были решены следующие основные задачи:
Классификация и анализ методов диагностического контроля ОПН
Решение о целесообразности установки ОПН 110-1150кВ в комплекте с прибором диагностического контроля было принято на совещании представителей энергосистем в 1997г. Причиной послужили технико-экономические аспекты - масштаб возможных последствий и ущерба в результате отказа или повреждения ОПН. В соответствии с изданными в России документами по контролю состояния [34] и нормами испытаний электрооборудования [35, 36] рекомендуемые к использованию на объектах электроэнергетики методы контроля ОПН включают: 1. Измерение сопротивления ОПН. Производиться мегомметром перед включением в работу и при выводе в плановый ремонт, но не реже 1 раза в 6 лет. Сопротивление ОПН 1 ЮкВ и выше должно быть не менее ЗОООМОм или соответствовать значению, указанному изготовителем. Позволяет выявить увлажнение внутренних деталей и наличие грубых дефектов. 2. Измерение тока проводимости.
Рекомендуется производить без отключения от сети 1 раз в год перед грозовым сезоном по методике предприятия - изготовителя. Оценка состояния ОПН осуществляется путем сопоставления измеренного значения тока проводимости с предельно допустимыми значениями этого параметра, указанными предприятием - изготовителем или приведенным в нормативных документах (для ОПН ПО - 220кВ ограничение области нормального значения О,9-2,0мА, предельно допустимого 1,2-2,5мА; для ОПН 330 - 750кВ до 2,2-6,0мА и 3,0-7,2мА соответственно, где ток проводимости представляет собой полный ток). Позволяет выявить ухудшение характеристик нелинейных резисторов ОПН, происшедшее в результате нарушения его герметичности или по другим причинам. Предлагаемое в методическом пособии по контролю состояния ОПН [34] устройство для измерения тока проводимости в процессе эксплуатации работает с размыканием цепи заземления ОПН, что нарушает требования ПУЭ [37]
Производится в соответствии с установленными нормами и инструкциями предприятия - изготовителя с помощью приборов инфракрасной техники. Фиксируются значения температуры по высоте и периметру элемента ОПН, а также зоны с локальными нагревами. Оценка состояния элементов ОПН осуществляется путем пофазного сравнения измеренных температур аналогичных участков ОПН, работающих в одинаковых условиях нагрева и охлаждения. Позволяет дистанционным способом выявлять дефектные элементы ОПН, а так же перегрузку по величине напряжения по блокам ОПН.
Контроль состояния ОПН, как правило, основывается на сравнительных оценках результатов измерений. Причиной этому служат различия в величинах контролируемых параметров изготовленных по различной технологии ОПН, где каждый изготовитель опирается на собственные технические условия (ТУ) с одной стороны, и высокая чувствительность последних двух методов контроля к условиям работы ОПН, с другой.
Методы диагностики ОПН и средства измерений, используемые для контроля состояния ОПН, определяются действующими нормами только в общем виде. Методика измерений и условия их проведения практически не оговариваются. Критерии отбраковки ОПН по методам, основанным на тепловизионном контроле и измерении тока проводимости, требуют серьезной проработки, учитывая сильную зависимость измеряемых параметров от условий работы ОПН, включая внешние условия.
На значение тока проводимости, оказывает влияние множество других факторов, не связанных с работоспособностью резисторов ОПН, таких как загрязнение поверхности изоляции, погодные условия (температура, относительная влажность, давление), напряжение сети и пр. Из-за проникновения влаги внутрь корпуса может появляться ток утечки по внутренней поверхности. Чтобы уменьшить влияние посторонних факторов, измерения рекомендуют проводить в сухую погоду при температуре не ниже 5С [34]
Методика тепловизионного контроля основана на том, что тепловая картина оборудования с дефектом отличается от нормальной [41,42,43]. Достоинством данного метода является то, что устройства тепловизионного контроля производят дистанционное измерение температуры, обнаруживая высокотемпературные дефекты с предоставлением так называемой термограммы ОПН. Рекомендуются тепловизионные приборы спектра инфракрасного излучения 8-12 мкм, при этом, эффективно работать можно только с быстродействующими тепловизионными приборами, малогабаритными и потребляющими минимум энергии от источника питания.
Основным недостатком метода является сложность диагностики, при которой формулировка причин нагрева зависит от знания устройства оборудования и условий работы. Отсутствие четких критериев отбраковки и разница в квалификации специалистов приводят к ложным отключениям ОПН [44]. Крайне важно, чтобы измерялось собственное излучение обследуемого ОПН, связанное с наличием и степенью развития дефекта. Повышение температуры ОПН может быть вызвано недавним ограничением перенапряжения или связано с проблемой регулирования напряжения в сети. На результаты измерения большое влияние оказывает температура окружающей среды, расположение ОПН на подстанции, коэффициент излучения поверхности обследуемого ОПН, угол между осью тепловизионного прибора и нормалью к излучающей поверхности и пр.
Термограмма дает лишь приблизительные сведения о состоянии ОПН. Характер и степень развития большинства дефектов могут быть установлены только после дополнительных измерений, например измерения активной составляющей тока проводимости ОПН (контроль состояния ОПН по полному току уступает тепловизионному контролю, что подтверждается опытом Свердловэнерго и связано с тем, что нагрев HP ОПН производится именно активной составляющей тока проводимости).
Методы измерения тока проводимости в общем случае делятся на измерения, проводимые с отсоединением ОПН от сети и без оного. Поскольку необходимость отсоединения ОПН от сети является большим недостатком, остановимся на методах выполняемых без отсоединения под рабочим напряжением и позволяющих вести постоянный контроль состояния ОПН.
Как уже указывалось, деградация свойств материала HP сопровождается возрастанием амплитуды активного тока при относительно слабом изменении полного или емкостного тока. Причем увеличение нелинейного активного тока приводит к появлению высших гармонических составляющих в полном токе и дает основной вклад в третью гармонику. В настоящее время существует много диагностических методов, призванных выделить активную составляющую тока проводимости или потери мощности (МЭК 60099-5). Это может быть прямое измерение или косвенное определение активной составляющей методом гармонического анализа тока проводимости. Прямое измерение может проводиться с использованием опорного сигнала напряжения или без оного, с компенсацией емкостной составляющей тока или без оной. Косвенный метод может быть основан на анализе первой гармоники или третьей гармоники тока проводимости с компенсацией гармонических составляющих в напряжении сети или без оной. Использование в методе диагностики опорного сигнала резко снижает применимость данного метода в условиях эксплуатации" ОПН.
Исследование влияния параметров разрядного тока на ОПН
Срок службы ОПН (см. п. 1.1.) напрямую зависит от нагрузочных воздействий тока на его HP в режиме ограничения перенапряжений. Физические процессы, происходящие в теле HP, при протекании через него токов, вызванных грозовыми разрядами, или токов коммутационного характера сильно не одинаковы. Для обеспечения надежной работы ОПН необходимо знать степень влияния тех или иных параметров протекающего через ОПН тока, на защитные характеристики ограничителя и его работоспособность.
Материал HP ОПН подвержен эффекту кумулятивного накопления элементарных дефектов. То есть при некотором числе воздействий, зависящем от их интенсивности, наступает разрушение HP [82].
На срок службы ОПН влияют не только число и параметры протекающих через него импульсов тока, но и комбинация распределения их воздействий во времени [8]. ОПН может ограничить несколько импульсных воздействий, поступающих через достаточно малые интервалы времени, в течение которых он не успевает охладиться [71], что приводит к ускоренному срабатыванию ресурса его пропускной способности. Поэтому наряду с параметрами импульсов тока необходимо регистрировать момент их возникновения.
Напомним (см.п.1.1), что гарантированный срок службы ОПН определяется нормативом его пропускной способности, то есть нормируемой, из расчета наиболее неблагоприятных случаев ограничения перенапряжений, комбинацией выдерживаемых токовых воздействий для каждого класса ОПН, что подтверждается рабочими испытаниями [4, 5] (табл.1.1.).
Любое превышение нормированных параметров может привести к выходу ОПН из строя. При этом имеется зависимость от характера, протекающего через ОПН, тока. Импульсы тока одинаковой энергоемкости не равнозначны по своему воздействию на ОПН [24, 67, 28]. Значение для разрушения резистора имеет зависимость величины вводимой энергии от времени ее рассеяния [67]. Связано это с тем, что критическое значение температуры нагрева HP ОПН определяется не только вводимой, но и отводимой энергией за определенный промежуток времени.
Сравнение остающегося напряжения на HP ОПН при равном номинальном разрядном токе амплитудой ЮкА с нормированными временными параметрами импульса 4/10мкс и 8/20мкс в условиях температуры окружающей среды 20С [83] показало следующую зависимость остающегося напряжения от временных параметров импульса (рис.2.9.): так остаю иг 1 — В — с - « А 10 кА 8/20 М 10 кА щееся напряжение при короткой волне импульса тока 4/10мкс на 1,9% - 2.8% выше, чем при более длинной волне 8/20мкс. Заметим, что импульс 4/10мкс является менее энергоемким, чем 8/20мкс. Выявление чувствительности свойств ЮкА при импульсах тока 4/10мкс и 8/20мкс
ОПН к параметрам разрядного тока продолжа ют являться целью исследований, как в России, так и за рубежом. Причиной этому служит широкое внедрение ограничителей перенапряжения и стремление максимального использования их возможностей, предполагающих в конечном итоге снижение уровня изоляции оборудования высоковольтных сетей.
Таким образом, при ограничении перенапряжений грозового характера можно констатировать следующее: чем больше амплитуда протекающего через ОПН импульса тока и меньше время фронта его нарастания, или иначе, чем больше крутизна тока, тем сильнее его влияние на защитный уровень ОПН и его собственную работоспособность.
В области коммутационных воздействий физические процессы в теле HP будут определяться преимущественно амплитудой воздействующего тока и длительностью воздействия, приводящей к той или иной степени нагрева HP.
Подводя итог вышесказанному, выделим наиболее влияющие на вольтамперную характеристику ОПН и его срок службы параметры импульсных воздействий. К основным определяющим срок службы ОПН параметрам импульсов тока: числа, амплитуды и длительности воздействия, возможно прибавить время фронта нарастания импульса (в большей степени имеет значение для волн грозового характера) и время возникновения импульса тока (время между импульсными воздействиями). Таким образом, параметры импульсов проходящего через ОПН тока, требуемые к измерению и сохранению следующие: 1. Число токовых воздействий за время работы ОПН. 2. Амплитуда проходящего через ОПН импульса тока. 3. Длительность воздействия. 4. Время фронта нарастания тока. 5. Время возникновения импульса тока.
Математическая модель импульса тока через ОПН
Выделим основные требования, которым должна удовлетворять математическая модель импульса проходящего через ОПН тока. 1. Адекватность. Достаточная точность математического описания импульса. 2. Простота модели. Минимальное число параметров описывающих импульс. Требование минимального числа параметров при моделировании импульса тока, вы звано требованием минимизации, использованием ограниченного набора элементов изме ряющих ограниченное, но достаточное число параметров импульса тока. Как результат ма тематическая модель импульса разрядного тока должна быть упрощенной. Параметры формы грозовых и коммутационных токов, проходящих через ОПН, являются величинами случайными.
Имеющиеся осциллограммы [76] тока молнии показывают, что в большинстве случаев ток молнии состоит из кратковременного пика с большой амплитудой и малой длительностью, возникающего во время главного разряда (кривая 1 рис.3.2.), и длительного тока малой величины соответствующего стеканию в землю зарядов, оставшихся в облаке (кривая 2). Импульсы перенапряжений, вызванные разного рода коммутациями, так же имеют апериодическую форму, но в отличие от грозового разряда время фронта нарастания коммутационного импульса и его длительность характеризуются большими значениями времен.
Формы импульсов испытательных напряжений, в соответствии с ГОСТ 1516.2. а) и б) - стандартные полный грозовой импульс и срезанный на фронте соответственно; в) - стандартный апериодический коммутационный импульс, где Тф - время фронта нарастания импульса, ТИ - длительность импульса, Тг -предразрядное время
Коммутационные перенапряжения, в зависимости от переходных процессов в сети, могут принимать форму колебательного характера. Колебательные импульсы, в основном, представляют собой затухающие колебания напряжения около нулевого значения.
Типичные осциллограммы, полученные экспериментальным путем при коммутационных перенапряжениях на электрооборудовании высокого и сверхвысокого напряжения [61], имеют форму импульсов перенапряжений представленную на рис.3.6. При известной кратности перенапряжений, амплитуды последующих полуволн характеризуются коэффициентом снижения х " отношением амплитуды напряжения первой полуволны к амплитуде последующей полуволны, считая за полуволну часть кривой между двумя последовательными точками прохождения напряжения через нуль.
В зависимости от коэффициента снижения амплитуды, проходящий через ОПН импульс тока будет иметь форму униполярной волны или волны с небольшим переходом в противоположную полярность.
Отсутствие второй и последующих полуволн разрядного тока ОПН связано с полупроводниковой структурой его HP и высокой степенью нелинейности ВАХ материала. В соответствии с полученной кривой (рис.3.8.) наблюдается резкий рост коэффициента уменьшения по току при незначительном росте коэффициента снижения амплитуды #, в результате уже при , 1.4 наблюдается как бы обрубание второй полуволны тока, что под 77 тверждается расчетами [94]. В таблице 3.1 приведены вероятные значення амплитуд протекающих через HP токов второй полуволны при нормированных для испытаний ОПН значениях амплитуд первичных полуволн коммутационных токов 500А и 2000А.
Возникающие импульсы перенапряжений а, следовательно, и разрядные токи, проходящие через ОПН, имеют разную форму, и получение точной математической модели для описания импульсов разрядных токов всех возможных форм не представляется возможным. Анализируя приведенные, статистически наиболее часто возникающие, формы импульсов тока коммутационного и грозового характера можно сделать следующее обобщение: импульсы проходящего через ОПН тока преимущественно униполярные и, тяготеют к синусоидальной форме, характеризуясь ярко выраженными параметрами амплитуды, длительности и времени фронта нарастания тока. Как результат сведем задачу моделирования импульса тока к поиску модели, характеризуемой, тремя вышеуказанными параметрами. С учетом анализа различных видов форм импульсов разрядного тока примем при моделировании простую форму треугольного вида, которая включает в себя все три основные параметра импульса тока и, в достаточной мере, соответствует форме воздействующих в условиях эксплуатации или нормированных испытательных импульсов тока ОПН.
В соответствии с принятой гипотезой об импульсе разрядного тока треугольной формы при дальнейшем математическом моделировании фактические формы протекающих через ОПН импульсов тока будут описываться треугольником, как показано на рис 3.10.
В общем случае задача идентификации заключается в подборе параметров математической модели по некоему набору экспериментальных данных. Экспериментальные данные должны быть просто и точно измеряемы. Решение задачи идентификации включает [95]: - получение экспериментальных данных, необходимых и достаточных для определения искомых параметров модели; - интерпретацию - определение параметров модели по полученным экспериментальным данным.
Для однозначного построение моделируемого импульса треугольной формы, который принят как модель реального импульса, достаточно всего трех электрических параметров и можно определить искомые параметры импульса тока.
Схемы измерения (табл. 3.2.) построены на пассивных элементах и в сочетании со схемой измерения амплитуды импульса тока (табл.3.1.) представляют набор, из которого не 80 обходимо выбрать три измеряемые электрические величины для описания импульса треугольной формы и определения искомых параметров. Поскольку схема для измерения амплитуды тока соответствует требованиям задачи, то в качестве искомых параметров остается длительность импульса и время фронта нарастания импульса.
Возможные комбинации из трех схем для измерения трех электрических величин были рассмотрены при моделировании с помощью программы DesignLab и показали несовместимость измеряемых сигналов: схема измерения амплитудного значения и интегрирующая схема работают в необходимом диапазоне величин напряжения 0-6В, а выходное напряжение на схемах, измеряющих изменение тока во времени (коюрое достигает 12,5кА/мкс), определятся киловольтами и десятками киловольт. Такие большие величины напряжения опасны для низковольтной аппаратуры и не могу г быть использованы. При ограничении по изоляции 200В данные схемы требуют мер по снижению напряжения до уровня 6В, как минимум установки делителей напряжения. В результате попытка измерить изменение тока во времени связана с усложнением аналоговой схемы, а также не обеспечивает требование помехоустойчивости.
Таким образом, схема измерения аналоговыми элементами трех различных электрических величин из набора возможных параметров, описывающих треугольный импульс рис.3.11. оказалась сложно реализуема. Для измерения подходят только два параметра, схемная реализация которых удовлетворяет требованиям задачи: амплитуда тока и интегральная характеристика. Однако по двум параметрам нельзя описать импульс треугольной формы. Необходим третий параметр.
Принцип работы устройства контроля
Устройство контроля импульсов проходящего через ОПН разрядного тока предназначено для непрерывной работы в течение всего срока эксплуатации ОПН и обеспечивает автоматическую регистрацию амплитудно-временных параметров токовых воздействий, а так 110 же сохранение данных параметров в памяти одновременно с датой и временем прихода импульса тока [104].
Пока ОПН находиться под рабочим напряжением сети устройство контроля находиться в режиме ожидания импульса разрядного тока (ждущем режиме). Нахождение в ждущем режиме сопровождается работой микроконтроллера и сопряженных с ним цифровых устройств в режиме пониженного потребления энергии. В данном случае происходит остановка генератора ОМК и осуществляется только питание памяти, счегчик часовой микросхемы продолжает работать.
При прохождении через ОПН импульса разрядного тока с амплитудой превышающей заданный уровень (50А) на выходе преобразователя тока соответствующего измеряемого диапазона (рис.4.1.) появляется напряжение, всплеск которого приводит в действие схему запуска микроконтроллера. Микроконтроллер переходит из режима пониженного потребления энергии «просыпается», а также переводит сопряженные устройства, в частности, часовую микросхему, в активный режим работы для проведения измерений.
Импульс разрядного тока принимается одновременно датчиками тока трех диапазонов и, в зависимости от уровня разрядного тока, работает преобразователь соответствующего диапазона. Импульс тока передается на аналоговую схему регистрации и запоминания параметров, состоящую нз набора интегрирующих і?С-цепей и сохраняющую на емкостях напряжения соответствующие искомым параметрам импульса тока, в то время как вся микропроцессорная система «просыпается».
Как только микроконтроллер оказывается готов к снятию информации, посредством АЦП происходит последовательный опрос конденсаторов всех і?С-цепей. АЦП преобразует сигналы аналоговой схемы в цифровой код. Полученный цифровой код в дальнейшем записывается в память микроконтроллера, где сохраняется до его считывания.
Для того чтобы запомнить время и дату прихода импульса тока микроконтроллер обращается к часовой микросхеме и считывает необходимую информацию.
После сохранения всех требуемых данных по имевшему место импульсу разрядного тока, микроконтроллер переводит себя и сопряженные устройства, требующие питания, в режим пониженного потребления «засыпает» до появления следующего импульса разрядного тока.
Считывание накопленной информации из памяти микроконтроллера осуществляется с помощью переносного компьютера посредством микросхемы преобразования уровня сигналов, входящей в микропроцессорную систему устройства. При подсоединении кабеля к разъему устройства подается сигнал на блок прерывания микроконтроллера, что приводит к переходу устройства в активный режим работы для передачи информации.
Сохраненная информация по протекающим через ОПН импульсам разрядного тока вместе со временем их прихода извлекается из памяти микроконтроллера и передается на компьютер, после чего можно произвести обнуление памяти устройства.
После передачи всей необходимой информации микроконтроллер переводит себя и сопряженные устройства в режим пониженного потребления питания.
Снятие накопленных данных с устройства контроля импульсов разрядного тока для проведения оценки его состояния можно приурочить к ежегодному осмотру средств защиты от перенапряжения на подстанциях [35,36]. Полученные данные подвергаются компьютерной обработке для дальнейшей передачи в базу данных, с целью прогнозирования ресурса пропускной способности ОПН.
Требуемые для преобразования протекающего через ОПН разрядного тока преобразователи должны обеспечивать измерение быстропеременных импульсных токов разнообразной формы, амплитуды и длительности: от 50А коммутационного тока до 50кА грозового от 1200мкс до 4(1)мкс соответственно. Для этого время реакции преобразователя на единичную функцию должно быть, по крайней мере, на порядок меньше времени линейного нарастания переднего фронта измеряемого импульса.
При электрическом принципе измерения в качестве первичных измерительных преобразователей для измерений импульсных токов применяют в основном низкоомные измерительные сопротивления (шунты) или трансформаторы тока. Существуют и другие способы измерения быстропеременных токов, в частности, с использованием эффекта Хола [105], однако данный способ измерения требует применения источника постоянного питания, что в условиях решения данной задачи нерационально.
Для обеспечения минимальной индуктивности измерительного шунта лучше всего использовать шунт трубчатой коаксиальной конструкции, преимущество которого состоит в том, что в измерительном контуре не индуктируются пики напряжения, зависящие от крутизны измеряемого тока.
В соответствии с [106] выполнен расчет предварительных параметров трубчатых коаксиальных шунтов (не вошел в работу) для трех диапазонов измерения: шунт номиналом ОДмОм для токов (5-50)кА, 1мОм для токов (0,5-5)кА и ЮмОм для (50-500)А.
Габариты шунта уже среднего диапазона тока получились большими: длина 230мм при диаметре 10мм, а для измерений всего диапазона импульсов с требуемой точностью ограничиться одним шунтом не представляется возможным, таким образом, измерительная система сильно увеличивается
Помимо габаритных размеров, к недостаткам шунтов для использования в разрабатываемом устройстве служат отсутствие гальванической развязки между силовой цепью и низковольтной измерительной частью устройства, необходимой при использовании цифровых устройств, их большая масса и сложная конструкция, требующая особенно тщательного выполнения, как результат — высокая стоимость.
Таким образом, несмотря на широкое распространение шунтов, они дороги, громоздки и не отвечают требованиям создания аппаратной части устройства. В пользу использования ТТ говорит тот факт, что он обеспечивает гальваническую развязку силовой и измерительной цепей, что в нашем случае особенно важно. Классический ТТ имеет сердечник, выполненный из стали со специальными электромагнитными свойствами. У таких трансформаторов в области больших индукций с ростом импульсного тока возрастает ток намагничивания и, в результате намагниченности стали, появляются значительные искажения кривой вторичного тока. Погрешность ТТ зависит от величины и знака остаточной индукции Воет- Анализ, проведенный в лаборатории коммутационной аппаратуры ВЭИ [106], показывает, что уже после первого опыта размагничивание сердечника идет по кривой, близкой к максимальной петле гистерезиса. Соответственно при следующем импульсе ток такой же кратности трансформируется с гораздо большей погрешностью. Таким образом, из-за искажения измеряемого тока стальным сердечником, ТТ не годится для измерений токов установленного диапазона.
