Capacitive sensor for monitoring the condition of suspended high-voltage insulation

Abstract

The purpose of the work is to develop the design of a sensor for monitoring the condition of high-voltage power lines suspended insulation. To achieve this goal, a diagnostic criterion was selected, the operating principle and design of the insulation monitoring sensor were determined. As a diagnostic criterion is considered a changing of voltage on the insulator plate due to a change in the distribution of electrical potential on the insulators, caused of damage in the insulators string. For the diagnostic system implementation was adopted a sensor based on a capacitive divider. The calculations confirm the possibility of registration a damaged element in a insulators string by getting of voltage change at the sensors output. The calculation results were verified by modeling in the Multisim software. The parameters of the sensor were calculated, correctness of it is confirmed by the results of laboratory measurements of the new insulators plate capacitances, as well as insulators destroyed as a result of operation. The most important results of the research are the selection of the optimal diagnostic criterion and researching of the proposed design sensor effectiveness for assessing the suspended insulation condition. The significance of the results obtained lies in the fact that the developed design of a sensor allows one to obtain prompt information about the presence of damage in the insulation. The use of the proposed sensor design will make possible creation a continuous diagnostic system and identify damage at an early stage, which will ensure timely maintenance.

Scopul lucrării este de a dezvolta proiectarea unui senzor pentru monitorizarea stării de izolație suspendată a liniilor electrice de înaltă tensiune. Pentru atingerea acestui scop, au fost rezolvate următoarele sarcini: a fost selectat un criteriu de diagnosticare a stării liniilor de alimentare, s-au determinat principiul de funcționare și proiectarea senzorului de monitorizare a izolației. Acest studiu propune o metodă de monitorizare continuă a stării izolației suspendate de înaltă tensiune folosind exemplul unei linii electrice de 110 kV, a cărei componentă cheie este un senzor de monitorizare a izolației. Criteriul de diagnostic este o modificare a tensiunii pe placa izolatoare din cauza unei modificări a distribuției potențialului electric pe izolatoare, în prezența deteriorării ghirlandei. Sunt formulate cerințele de bază pentru un senzor de monitorizare a tensiunii online, pe baza cărora se adoptă un senzor bazat pe un divizor capacitiv pentru implementarea unui sistem de diagnosticare. Designul și parametrii senzorului sunt selectați folosind baza elementului existent. Cele mai importante rezultate ale studiului sunt selectarea criteriului optim de diagnosticare, care face posibilă implementarea unui senzor de monitorizare a izolației bazat pe un divizor capacitiv și un studiu al eficienței senzorului din proiectul propus pentru evaluarea stării suspendate. izolatie. Semnificația rezultatelor obținute este că proiectarea dezvoltată a unui senzor pentru monitorizarea stării izolației suspendate va face posibilă crearea unui sistem de diagnosticare continuă a izolației de înaltă tensiune a liniilor electrice și identificarea deteriorării într-un stadiu incipient, care va asigura întreținerea și repararea în timp util.

Целью работы является разработка конструкции датчика контроля состояния подвесной изоляции высоковольтных линий электропередачи. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: был выбран критерий диагностики состояния ЛЭП, определен принцип действия и конструктивное исполнение датчика контроля изоляции. В данном исследовании предлагается метод непрерывного контроля состояния подвесной высоковольтной изоляции на примере ЛЭП 110 kV, ключевым компонентом которого является датчик контроля изоляции. Критерием диагностики является изменение напряжения на тарелке изолятора вследствие изменения распределения электрического потенциала на изоляторах, при наличии повреждения в гирлянде. Сформулированы основные требования к датчику оперативного контроля напряжения, на основании которых для реализации системы диагностики принимается датчик на основе емкостного делителя. Производится выбор конструктивного исполнения и параметров датчика с использованием существующей элементной базы. Расчетами подтверждается возможность регистрации появления поврежденного элемента в гирлянде по изменению напряжения на выходе датчика предлагаемой контракции. Результаты расчетов верифицированы на компьютерной модели в программной среде Multisim. Корректность, принятых при расчетах, величин емкостей подтверждается результатами лабораторных измерений емкостей новых стеклянных тарельчатых изоляторов, а также изоляторов, разрушенных в результате эксплуатации. Наиболее важными результатами исследования являются выбор оптимального критерия диагностики, позволяющего реализовать датчик контроля изоляции на базе емкостного делителя и исследования эффективности датчика предлагаемой конструкции для оценки состояния подвесной изоляции. Значимость полученных результатов состоит в том, что разработанная конструкция датчика контроля состояния подвесной изоляции позволит создать систему непрерывной диагностики высоковольтной изоляции ЛЭП и выявлять повреждения на ранней стадии, что обеспечит своевременность обслуживания и ремонта.