RU2614988C1 - Ice deposits on wire thickness determination device and method - Google Patents
Ice deposits on wire thickness determination device and method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614988C1 RU2614988C1 RU2015154068A RU2015154068A RU2614988C1 RU 2614988 C1 RU2614988 C1 RU 2614988C1 RU 2015154068 A RU2015154068 A RU 2015154068A RU 2015154068 A RU2015154068 A RU 2015154068A RU 2614988 C1 RU2614988 C1 RU 2614988C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- wire
- storage capacitor
- thickness
- switch
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
- H02G7/00—Overhead installations of electric lines or cables
- H02G7/16—Devices for removing snow or ice from lines or cables
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для определения наличия и оценки толщины ледяных отложений и влаги на проводах линий электропередач (ЛЭП), в том числе высоковольтных.The present invention relates to instrumentation and is intended to determine the presence and assessment of the thickness of ice deposits and moisture on the wires of power lines (power lines), including high voltage.
Уровень техникиState of the art
Из патента RU 2409881 известно устройство определения наличия ледяных отложений на проводе ЛЭП, принцип действия которого заключается в возбуждении и регистрации акустических колебаний, амплитуда которых зависит от наличия/отсутствия ледяных отложений на проводе. Данный способ позволяет определить только наличие или отсутствие ледяных отложений, но не их толщину.A device for determining the presence of ice deposits on a power transmission line wire is known from RU 2409881, the principle of which is to excite and record acoustic vibrations, the amplitude of which depends on the presence / absence of ice deposits on the wire. This method allows you to determine only the presence or absence of ice deposits, but not their thickness.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности определения толщины ледяных отложений или других осадков на проводе ЛЭП, а также повышение точности и надежности определения наличия и/или толщины указанных ледяных отложений или других осадков на проводе ЛЭП.The objective of the present invention is to provide the ability to determine the thickness of ice deposits or other sediments on the power line, as well as improving the accuracy and reliability of determining the presence and / or thickness of these ice deposits or other sediments on the power line.
Задача изобретения решается с помощью устройства определения толщины ледяных отложений на проводе, которое содержит следующие составные элементы: датчик, источник электрического питания, накопительный конденсатор и коммутатор.The objective of the invention is solved using a device for determining the thickness of ice deposits on a wire, which contains the following components: a sensor, an electric power source, a storage capacitor and a switch.
Датчик исполнен в виде конденсатора, выполненного с возможностью размещения на проводе таким образом, что провод и/или отложения на проводе располагаются между обкладками. В преимущественном варианте датчик выполнен с возможностью пропускания провода по направлению от одной обкладки к другой. В частности, в одном из вариантов обкладки датчика выполнены в виде пластин, имеющих отверстия/вырезы для пропускания провода. В другом варианте обкладки датчика могут быть выполнены в виде пластин, по меньшей мере, частично облегающих (охватывающих) провод.The sensor is made in the form of a capacitor, made with the possibility of placement on the wire so that the wire and / or deposits on the wire are located between the plates. In an advantageous embodiment, the sensor is configured to pass wires in the direction from one plate to another. In particular, in one embodiment, the sensor covers are made in the form of plates having holes / cutouts for passing wires. In another embodiment, the sensor plates may be made in the form of plates at least partially surrounding the wire.
Коммутатор соединен с источником электрического питания, датчиком и накопительным конденсатором и выполнен с возможностью попеременного соединения датчика с источником электрического питания и накопительным конденсатором.The switch is connected to an electric power source, a sensor and a storage capacitor and is configured to alternately connect the sensor to an electric power source and a storage capacitor.
Коммутатор может быть исполнен в виде двух выключателей, каждый из которых одним концом соединен с датчиком, а другим концом соединен с источником электрического питания или накопительным конденсатором, при этом обеспечено предотвращение соединения источника электрического питания и накопительного конденсатора, по меньшей мере, в измерительном режиме. В преимущественном варианте коммутатор представляет собой переключатель, соединенный переключаемым концом (контактом, выводом) с датчиком, а другими концами (контактами, выводами), с которыми может соединяться переключаемый конец выключателя, с источником электрического питания и накопительным конденсатором, соответственно (предполагается, что предотвращение соединения источника электрического питания и накопительного конденсатора в такой конфигурации происходит вследствие конструктивных причин).The switch can be made in the form of two switches, each of which is connected to the sensor at one end and connected to the electric power source or storage capacitor at the other end, while preventing the connection of the electric power source and the storage capacitor, at least in the measuring mode. In a preferred embodiment, the switch is a switch connected by a switched end (contact, terminal) to a sensor, and other ends (contacts, terminals), which can be connected by a switched end of a switch, with an electric power source and a storage capacitor, respectively (it is assumed that prevention the connection of the electric power source and the storage capacitor in this configuration occurs due to structural reasons).
Выключатели или переключатель могут быть выполнены с возможностью замыкания/размыкания или переключения под управлением генератора управления. Генератор управления в частном варианте может быть выполнен с возможностью изменения частоты замыкания/размыкания выключателей или переключения переключателей.Switches or a switch can be made with the possibility of closing / opening or switching under the control of a control generator. The control generator in a particular embodiment may be configured to change the frequency of closing / opening of switches or switching switches.
Устройство определения толщины ледяных отложений на проводе преимущественно имеет в своем составе вычислительный модуль и память, содержащую предварительно рассчитанные/смоделированные/измеренные данные напряжение на накопительном конденсаторе или его изменения в зависимости от толщины ледяных отложений на проводе, причем вычислительный модуль выполнен с возможностью получения величины напряжения на накопительном конденсаторе и вычисления/определения толщины ледяных отложений на проводе путем сравнения получаемых/рассчитываемых данных с данным из памяти.The device for determining the thickness of ice deposits on the wire mainly includes a computing module and a memory containing previously calculated / simulated / measured data voltage on the storage capacitor or its changes depending on the thickness of ice deposits on the wire, and the computing module is configured to obtain a voltage value on the storage capacitor and calculating / determining the thickness of ice deposits on the wire by comparing the received / calculate data with data from memory.
Задачу настоящего изобретения также решает способ определения толщины ледяных отложений на проводе, который может осуществляться вышеописанным устройством в любом из указанных вариантов. Способ содержит следующие шаги.The present invention also solves the method of determining the thickness of the ice deposits on the wire, which can be carried out by the above device in any of these options. The method contains the following steps.
Во-первых, датчик соединяют с источником электрического питания и заряжают его в течение времени заряда датчика. Во-вторых, датчик отключают от источника электрического питания и соединяют с накопительным конденсатором, после чего заряжают накопительный конденсатор в течение времени заряда накопительного конденсатора. Затем измеряют напряжение на накопительном конденсаторе и определяют толщину ледяных отложений на проводе.Firstly, the sensor is connected to an electric power source and charged during the sensor charge time. Secondly, the sensor is disconnected from the electric power source and connected to the storage capacitor, after which the storage capacitor is charged during the charging time of the storage capacitor. Then measure the voltage at the storage capacitor and determine the thickness of the ice deposits on the wire.
В предпочтительном варианте шаги заряда датчика (с необходимым для этого соединением датчика с источником электрического питания) и последующего заряда накопительного конденсатора (с неоходимым для этого соединением датчика с накопительным конденсатором) могут повторять, а толщину ледяных отложений на проводе могут определять по величине напряжения на накопительном конденсаторе после нескольких таких циклов или по времени/количеству циклов, необходимым для достижения напряжением на накопительном конденсаторе заданной величины.In a preferred embodiment, the steps of the sensor charge (with the connection of the sensor to the electric power source necessary for this) and the subsequent charge of the storage capacitor (with the connection of the sensor and the storage capacitor necessary for this) can be repeated, and the thickness of the ice deposits on the wire can be determined by the value of the voltage on the storage capacitor after several such cycles or in time / number of cycles necessary to achieve the voltage on the storage capacitor a predetermined value.
В преимущественном варианте изменяют время заряда датчика и/или время заряда накопительного конденсатора и определяют толщину ледяных отложений на проводе на основании показателей, полученных для разных указанных времен (то есть времен заряда датчика и заряда накопительного конденсатора, что эквивалентно изменению частоты переключения коммутатора).In a preferred embodiment, the sensor charge time and / or the storage capacitor charge time are changed and the thickness of the ice deposits on the wire is determined based on indicators obtained for different indicated times (i.e., the sensor charge time and the storage capacitor charge, which is equivalent to changing the switching frequency of the switch).
Благодаря настоящему изобретению удается достичь таких технических результатов, как обеспечение возможности определения толщины ледяных отложений или других осадков на проводе ЛЭП. Кроме того, обеспечено повышение точности и надежности определения наличия и измерения толщины ледяных отложений на проводах ЛЭП. Достижение указанного технического результата возможно благодаря применению датчика в виде конденсатора, который позволяет оценивать величину или изменение диэлектрической проницаемости в области между его обкладками, на что наибольшее влияние оказывает наличие на проводе осадков, в частности ледяных отложений.Thanks to the present invention, it is possible to achieve such technical results as providing the ability to determine the thickness of ice deposits or other sediments on the power line. In addition, an increase in the accuracy and reliability of determining the presence and measurement of the thickness of ice deposits on the wires of power transmission lines was provided. The achievement of the indicated technical result is possible due to the use of a sensor in the form of a capacitor, which allows you to evaluate the value or change in the dielectric constant in the region between its plates, which is most affected by the presence of precipitation on the wire, in particular ice deposits.
С другой стороны, наличие на проводе осадков, таких как ледяные отложения или других, сильнее всего влияет на диэлектрическую проницаемость области между обкладками датчика, а не на другие показатели, например, такие как индуктивность, в связи с чем настоящее изобретение будет иметь преимущество перед другими способами определения наличия и толщины ледяных отложений на проводах ЛЭП, в том числе в точности и надежности.On the other hand, the presence of precipitation on the wire, such as ice deposits or others, most affects the dielectric constant of the region between the sensor plates, and not on other indicators, such as inductance, and therefore the present invention will have an advantage over others methods for determining the presence and thickness of ice deposits on power transmission lines, including accuracy and reliability.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 показан датчик в соответствии с настоящим изобретением.In FIG. 1 shows a sensor in accordance with the present invention.
На фиг. 2 показана принципиальная схема устройства в соответствии с настоящим изобретением.In FIG. 2 shows a schematic diagram of a device in accordance with the present invention.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Далее описываются варианты реализации устройства определения толщины ледяных отложений на проводе с использованием сопровождающих фигур 1 и 2. Все описания даны в целях пояснения работы и не направлены на ограничение объема настоящего изобретения, который определяется формулой изобретения. Устройство и способ в основном предназначены для определения наличия и/или толщины ледяных отложений на проводах ЛЭП, однако могут применяться и для определения наличия влаги на проводах без каких-либо или значительных переделок.The following describes embodiments of a device for determining the thickness of ice deposits on a wire using the accompanying figures 1 and 2. All descriptions are given to illustrate the work and are not aimed at limiting the scope of the present invention, which is determined by the claims. The device and method are mainly intended for determining the presence and / or thickness of ice deposits on power transmission lines, however, they can also be used to determine the presence of moisture on wires without any significant alterations.
На фиг. 1 показан датчик для определения толщины ледяных отложений на проводе 1. Датчик выполнен в виде конденсатора, размещаемого на проводе 1 таким образом, что провод и/или отложения на проводе располагаются между обкладками 2 и 3, представляющими собой, например, шайбы или сектора. На фиг. 1 видно, что между обкладками 2 и 3 находится часть провода 1, и это должно трактоваться так, что провод 1 проходит в пространстве между обкладками 2 и 3.In FIG. 1 shows a sensor for determining the thickness of ice deposits on the
На фиг. 1 также видно, что провод 1 проходит сквозь обкладки 2 и 3 и отделен от них слоем изоляции 4. Это также должно пониматься как расположение провода между обкладками, поскольку провод проходит в объеме, ограниченном плоскостями обкладок и поверхностью, соединяющей внешние границы обкладок. Это связано с тем, что электрическое поле, формируемое между обкладками, находится не только строго между ними, но и снаружи указанного объема и в области, прилегающей непосредственно к проводу. Кроме того, ледяные отложения находятся поверх провода и могут располагаться строго между обкладками.In FIG. 1 it is also seen that
Датчик может устанавливаться различными способами относительно провода, однако в преимущественном варианте он устанавливается так, как показано на фиг. 1, т.е. с пропусканием расположения провода по направлению от одной обкладки к другой. Это упрощает монтаж датчика, т.к. он может быть установлен непосредственно на проводе. Обкладки датчика могут быть выполнены в виде пластин, имеющих отверстия для пропускания провода и/или вырезы, в которых размещается провод при установке обкладок на проводе, например, путем опускания обкладок на провод сверху или сбоку.The sensor can be installed in various ways with respect to the wire, however, in an advantageous embodiment, it is installed as shown in FIG. 1, i.e. with the passage of the location of the wire in the direction from one lining to another. This simplifies the installation of the sensor, as It can be installed directly on the wire. The sensor plates can be made in the form of plates having holes for passing the wire and / or cutouts in which the wire is placed when installing the plates on the wire, for example, by lowering the plates on the wire from above or from the side.
На фиг. 1 показано, что обкладки 2 и 3 датчика покрыты изоляцией 4. Это обеспечивает отсутствие электрического контакта между проводом 1 и обкладками 2 и 3. Однако если провод покрыт изоляцией, обкладки могут не иметь изоляции и устанавливаться на проводе поверх изоляции провода.In FIG. 1 it is shown that the
Изоляция 4 на обкладках 2 и 3 на фиг. 1 выполняет дополнительную полезную функцию ориентации обкладок относительно друг друга и провода. Поскольку обкладки совместно с изоляцией имеют значительную толщину, они сохраняют свое расположение в течение длительного времени, что обеспечивает стабильность и надежность показаний устройства в соответствии с настоящим изобретением. Стабильность и надежность показаний устройства также обеспечивается предотвращением поворотов/колебаний обкладок относительно провода и друг друга. Стабильность и надежность показаний также могут быть обеспечены и обкладками с более тонким слоем изоляции или без него путем выполнения их достаточной толщины или снабжением фиксирующим элементом. Тот же результат может быть достигнут близостью размера отверстия/выреза в обкладке и диаметра провода. Например, размер отверстия/выреза в обкладке может превышать диаметр провода не более чем 1, 2, 3, 5, 7 или 10%, они могут совпадать или же может обеспечиваться посадка обкладки на провод в натяг.
В одном из вариантов осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, обкладки 2 и 3 датчика располагаются друг напротив друга параллельно. В то же время они могут быть параллельны, но не друг напротив друга, или же располагаться под углом друг к другу - для работоспособности настоящего изобретения достаточно лишь, чтобы они могли формировать электрическое поле между собой и провод и/или ледовые отложения на проводе могли быть расположены между ними в пределах формируемого ими электрического поля, имеющего величину, достаточную для определения наличия/толщины отложений.In one embodiment of the invention shown in FIG. 1, the
В другом варианте осуществления датчика его обкладки могут быть выполнены в виде пластин, которые, по меньшей мере, частично облегающих (охватывают) провод. Обкладки накладываются на провод на некотором расстоянии друг от друга, образуя тем самым конденсатор (на емкость конденсатора также оказывает влияние и сам провод, поскольку поверхность пластин обкладок в таком датчике по большей части располагается вдоль провода). Обкладки могут быть выполнены без изоляции и устанавливаться на проводе с изоляцией или с использованием дополнительного изолирующего слоя, либо с изоляцией, и тогда они могут устанавливаться на любом проводе, в том числе и без изоляции. Преимуществом датчика с такими обкладками является то, что нет необходимости предпринимать меры для закрепления и обеспечения необходимой ориентации относительно датчика, поскольку они располагаются вдоль провода, и их крепление, достаточно прочное, обеспечивается частичным или полными охватом провода.In another embodiment, the sensor of its lining can be made in the form of plates that are at least partially surrounding (cover) the wire. The plates are superimposed on the wire at a certain distance from each other, thereby forming a capacitor (the wire itself also affects the capacitor's capacitance, since the surface of the plates of the plates in such a sensor is mostly located along the wire). The plates can be made without insulation and installed on a wire with insulation or using an additional insulating layer or with insulation, and then they can be installed on any wire, including without insulation. An advantage of a sensor with such covers is that it is not necessary to take measures to secure and provide the necessary orientation with respect to the sensor, since they are located along the wire, and their fastening, sufficiently strong, is ensured by partial or full coverage of the wire.
Расстояние, на котором располагаются обкладки, должно быть, с одной стороны, достаточным для формирования электрического поля в соответствии с вышеуказанным критерием, а с другой стороны, достаточным для обеспечения возможности образования между обкладками ледовых отложений, объем которых в достаточной степени повлияет на электрическое поле между обкладками путем изменения диэлектрической проницаемости пространства между ними для того, чтобы это влияние было возможно обнаружить/измерить. Например, расстояние между обкладками может составлять от половины до двух максимальных линейных размеров обкладок, в частном случае они могут быть равны.The distance at which the plates are located should be, on the one hand, sufficient to form an electric field in accordance with the above criteria, and on the other hand, sufficient to allow the formation of ice deposits between the plates, the volume of which will sufficiently affect the electric field between plates by changing the dielectric constant of the space between them so that this effect can be detected / measured. For example, the distance between the plates can be from half to two maximum linear dimensions of the plates, in the particular case they can be equal.
Конденсатор датчика, образуемый такими обкладками, обладает небольшой емкостью, непосредственное измерение которой часто невозможно или может быть осуществлено с высокой погрешностью, что может оказаться неприемлемо. Для определения такой малой емкости или, точнее говоря, ее изменения (например, относительного) или даже непосредственно определения наличия/отсутствия и/или измерения толщины слоя ледовых отложений может применяться схема, представленная на фиг. 2.The sensor capacitor formed by such plates has a small capacity, direct measurement of which is often impossible or can be carried out with high error, which may be unacceptable. To determine such a small capacity or, more precisely, its change (for example, relative) or even directly determine the presence / absence and / or measure the thickness of the layer of ice sediments, the scheme shown in FIG. 2.
Схема устройства для определения толщины ледовых отложений на проводе ЛЭП имеет датчик в виде конденсатора, образуемого обкладками 2 и 3, источник 7 электрического питания, накопительный конденсатор 8 и коммутатор в виде двух выключателей 5 и 6.The circuit of the device for determining the thickness of ice deposits on the transmission line wire has a sensor in the form of a capacitor formed by
Коммутатор предназначен для попеременного соединения датчика с источником электрического питания и накопительным конденсатором. Для этого он соединен с источником электрического питания, датчиком и накопительным конденсатором (в частности, с одним выводом каждого из них; вторые выводы источника электрического питания, датчика и накопительного конденсатора на фиг. 2 соединены вместе).The switch is designed to alternately connect the sensor to an electric power source and a storage capacitor. For this, it is connected to an electric power source, a sensor and a storage capacitor (in particular, with one terminal of each of them; the second terminals of the electric power source, sensor and storage capacitor in Fig. 2 are connected together).
В преимущественном варианте, показанном на фиг. 2, коммутатор исполнен в виде одного переключателя 5, переключаемый элемент (контакт) которого соединен с обкладкой 2 датчика, а те элементы (контакты), между которыми происходит переключение, соединены с источником 7 электрического питания и накопительным конденсатором 8. При простоте этой схемы обеспечивается отсутствие замыкания накопительного конденсатора на источник питания без дополнительных мер, в силу конструктивных особенностей коммутатора в виде переключателя. В другом варианте коммутатор может содержать два выключателя, каждый из которых одним концом соединен с обкладкой датчика. Другой конец одного выключателя соединен с источником электрического питания, а другой конец другого выключателя соединен с накопительным конденсатором. Благодаря применению двух выключателей вместо одного переключателя может обеспечиваться большая надежность устройства.In the preferred embodiment shown in FIG. 2, the switch is made in the form of a
Для обеспечения работоспособности устройства требуется предотвращение соединения источника электрического питания и накопительного конденсатора, по меньшей мере, в измерительном режиме. Во втором варианте выполнения коммутатора с использованием двух выключателей для этого механическим, электрическим или программным способом может обеспечиваться отсутствие возможности одновременного замыкания обоих выключателей.To ensure the operability of the device, it is necessary to prevent the connection of the electric power source and the storage capacitor, at least in the measuring mode. In the second embodiment of the switch using two switches for this mechanical, electrical or software method can be ensured the inability to simultaneously close both switches.
Выключатели и переключатели преимущественно выполнены с возможностью замыкания/размыкания под управлением генератора управления (не показан). Они могут представлять собой электромеханические реле или электронные ключи. Генератор управления преимущественно может изменять частоту замыкания/размыкания выключателей и/или переключателей.The switches and switches are preferably configured to close / open under the control of a control generator (not shown). They can be electromechanical relays or electronic keys. The control generator can advantageously change the frequency of closing / opening of switches and / or switches.
Устройство работает следующим образом. Датчик соединяют с источником 7 электрического питания путем переключения коммутатора в соответствующее положение (в частности, в показанное на фиг. 2 положение переключателя 5) и заряжают его в течение некоторого времени, которое можно назвать временем заряда датчика. Датчик приобретает заряд Qx=Cx⋅Ub, где Cx - неизвестная емкость датчика, a Ub - напряжение источника электрического питания.The device operates as follows. The sensor is connected to the
Затем датчик путем переключения коммутатора отключают от источника 7 электрического питания и соединяют с накопительным конденсатором 8 (в частности, переключатель 5 переключают в положение, протовоположное показанному на фиг. 2) и заряжают накопительный конденсатор от датчика в течение времени заряда накопительного конденсатора. Заряд Qx теперь будет на двух конденсаторах, и общее напряжение снизится: Qx=(Сx+Cн)Uн, где Сн - емкость накопительного конденсатора, Uн - напряжение на накопительном конденсаторе (совпадает с напряжением на датчике в этом положении переключателя). Из этих равенств емкость Cх=Cн⋅Uн/(Ub-Uн), или, с учетом того, что Uн много меньше Ub ввиду малости емкости Cх, Cх=Cн⋅Uн/Ub.Then, by switching the switch, the sensor is disconnected from the
Затем измеряют напряжение на накопительном конденсаторе и определяют толщину ледяных отложений на проводе преимущественно путем сравнения с калибровочными значениями напряжения на накопительном конденсаторе, полученными при измерении или моделировании ледяных отложений известных толщин. Для этого устройство определения толщины ледяных отложений на проводе преимущественно имеет в своем составе вычислительный модуль (например, микропроцессор) и память (не показаны). Память содержит предварительно рассчитанные/смоделированные/измеренные данные напряжение на накопительном конденсаторе или его изменения в зависимости от толщины ледяных отложений на проводе. Вычислительный модуль выполнен с возможностью получения величины напряжения на накопительном конденсаторе и вычисления/определения толщины ледяных отложений на проводе путем сравнения получаемых/рассчитываемых данных с данными из памяти.Then, the voltage at the storage capacitor is measured and the thickness of the ice deposits on the wire is determined mainly by comparing with the calibration values of the voltage at the storage capacitor obtained by measuring or modeling ice deposits of known thicknesses. For this, the device for determining the thickness of ice deposits on the wire mainly includes a computing module (for example, a microprocessor) and memory (not shown). The memory contains pre-calculated / simulated / measured data voltage on the storage capacitor or its changes depending on the thickness of the ice deposits on the wire. The computing module is configured to obtain the voltage across the storage capacitor and calculate / determine the thickness of the ice deposits on the wire by comparing the received / calculated data with the data from the memory.
Определение толщины ледяных отложений возможно благодаря следующему явлению. Диэлектрическая проницаемость пространства между обкладками датчика зависит от того, чем это пространство заполнено. Диэлектрическая проницаемость при наличии ледяных отложений будет больше, чем без них, и его емкость, соответственно, также будет больше. Следовательно, измерение емкости датчика и ее сравнение с калиброванной величиной (определенной, например, при отсутствии ледяных отложений) позволяет определить наличие/отсутствие ледяных отложений и/или их толщины (отсутствие ледяных отложений может трактоваться как их нулевая толщина).The determination of the thickness of ice deposits is possible due to the following phenomenon. The dielectric constant of the space between the plates of the sensor depends on how this space is filled. The dielectric constant in the presence of ice deposits will be greater than without them, and its capacity, respectively, will also be greater. Therefore, measuring the capacitance of the sensor and comparing it with a calibrated value (determined, for example, in the absence of ice deposits) makes it possible to determine the presence / absence of ice deposits and / or their thickness (the absence of ice deposits can be interpreted as their zero thickness).
Поскольку емкость датчика мала, для получения более точных данных и снижения погрешности измерения шаги заряда датчика и последующего заряда накопительного конденсатора возможно повторять, а толщину ледяных отложений на проводе возможно определять по величине напряжения на накопительном конденсаторе после нескольких таких циклов. Кроме того, возможен вариант, когда толщину ледяных отложений на проводе ЛЭП определяют по времени/количеству циклов, необходимому для достижения напряжением на накопительном конденсаторе заданной величины - это время или количество циклов зависят от емкости датчика и, как следствие, того заряда, который он может принять при его соединении с источником электрического питания.Since the sensor capacitance is small, it is possible to repeat the steps of the sensor charge and the subsequent charge of the storage capacitor to obtain more accurate data and reduce the measurement error, and the thickness of the ice deposits on the wire can be determined by the voltage across the storage capacitor after several such cycles. In addition, a variant is possible when the thickness of ice deposits on a power transmission line cable is determined by the time / number of cycles required to reach a predetermined value on the storage capacitor voltage - this time or number of cycles depends on the capacity of the sensor and, as a result, the charge that it can take when connected to an electric power source.
Для получения более точных и достоверных значений толщины ледяных отложений возможно изменять частоту переключения коммутатора, то есть изменять время заряда датчика и/или время заряда накопительного конденсатора и определяют толщину ледяных отложений на проводе на основании показателей, полученных для разных указанных времен (частоты переключения). Благодаря тому, что данные измерений зависят от частоты коммутации и для разных сред зависят по разному, возможно определение вида отложений или осадков на проводах (лед, снег, вода) или их отсутствия исходя из показаний, полученных в результате измерений на разных частотах коммутации.To obtain more accurate and reliable values of the thickness of the ice deposits, it is possible to change the switching frequency of the switch, that is, change the charge time of the sensor and / or the charge time of the storage capacitor and determine the thickness of the ice deposits on the wire based on indicators obtained for different indicated times (switching frequency). Due to the fact that the measurement data depends on the switching frequency and depends on different media, it is possible to determine the type of deposits or precipitation on the wires (ice, snow, water) or their absence based on the readings obtained from measurements at different switching frequencies.
Далее описывается конкретный вариант реализации устройства. Устройство в соответствии с изобретением содержит несколько емкостных датчиков, генератор прямоугольных импульсов со скважностью 2 с возможностью перестройки частоты в больших пределах и с фиксированной амплитудой генерируемого напряжения, имеющий два противофазных выхода с одинаковыми, кроме фаз, выходными характеристиками, блок переключателей, позволяющий коммутировать оба выхода генератора на любой из емкостных датчиков, накопительный конденсатор, сравнивающий элемент, блок вычислений и регистрации, блок передачи информации диспетчеру по радиоканалу. Устройство питается от встроенного батарейного или аккумуляторного источника питания. В то же время возможен вариант, когда питание осуществляется от ЛЭП (например, с использованием бесконтактного съема или других способов, известных из уровня техники).The following describes a specific implementation of the device. The device in accordance with the invention contains several capacitive sensors, a rectangular pulse generator with a duty cycle of 2 with the possibility of tuning the frequency within large limits and with a fixed amplitude of the generated voltage, having two out-of-phase outputs with the same output characteristics, except for phases, a block of switches that allows you to switch both outputs a generator to any of the capacitive sensors, a storage capacitor, a comparing element, a calculation and registration unit, an information transmission unit dis pitcher over the air. The device is powered by a built-in battery or battery pack. At the same time, it is possible that the power is supplied from power lines (for example, using contactless removal or other methods known from the prior art).
Емкостные датчики состоят из двух приемо-передающих обкладок, которые вместе с проводом ЛЭП и воздушной средой в области расположения обкладок образуют воспринимающий конденсатор. Обкладки представляют собой надетые на провод разрезные металлические кольца, заключенные в диэлектрическую изоляцию. Расстояние между обкладками, а также необходимое количество датчиков выбирается исходя из конкретных требований к диапазону определяемых толщин ледяных отложений. В случаях, когда необходима более высокая точность, количество датчиков увеличивается до нескольких штук.Capacitive sensors consist of two transceiver plates, which together with the power transmission line and air in the area of the plates form a sensing capacitor. The plates are split metal rings worn on a wire enclosed in dielectric insulation. The distance between the plates, as well as the required number of sensors is selected based on specific requirements for the range of determined thicknesses of ice deposits. In cases where higher accuracy is required, the number of sensors increases to several pieces.
Устройство работает следующим образом. Накопительный конденсатор разряжается путем замыкания соединенного с ним разряжающего переключателя. После этого переключатель размыкается и удерживается в разомкнутом состоянии.The device operates as follows. The storage capacitor is discharged by closing the discharge switch connected to it. After that, the switch is opened and held open.
Источник напряжения, входящий в состав источника электрического питания, обеспечивает напряжение, равное нескольким вольтам. С помощью блока переключателей источник напряжения подключается к двум приемо-передающим обкладкам датчика. Источник напряжения и соединенный с ним выключатель образуют генератор прямоугольных импульсов. Выключатели 5 и 6 размыкаются и замыкаются с частотой переключений, так что они не бывают в замкнутом состоянии одновременно.The voltage source, which is part of the electric power source, provides a voltage of several volts. Using a block of switches, the voltage source is connected to two transceiver plates of the sensor. The voltage source and the switch connected to it form a rectangular pulse generator.
Замыкание выключателя, соединенного с источником электрического питания, передает заряд воспринимающему конденсатору в виде датчика. Размыкание этого выключателя и замыкание выключателя, соединенного с накопительным конденсатором, передает заряд от воспринимающего конденсатора датчика накопительному конденсатору. Попеременное размыкание и замыкание выключателей повышает напряжение накопительного конденсатора ступенчатым образом.Closing a switch connected to an electric power source transfers the charge to the sensing capacitor in the form of a sensor. Opening this switch and closing the switch connected to the storage capacitor transfers the charge from the sensing capacitor of the sensor to the storage capacitor. Alternating opening and closing of switches increases the voltage of the storage capacitor in a stepwise manner.
Напряжение конденсатора и опорное напряжение, генерируемое источником опорного напряжения, сравниваются с помощью сравнивающего элемента, представляющего собой компаратор напряжения, встроенный в микроконтроллер. На этом же микроконтроллере построен блок вычислений и регистрации. Микроконтроллер производит подсчет импульсов заряда/разряда емкости датчика до момента, пока не будет достигнуто опорное напряжение на накопительном конденсаторе. Затем эти же операции повторяются на другой частоте. На обеих частотах поочередно подключаются датчики к генератору импульсов.The capacitor voltage and the reference voltage generated by the reference voltage source are compared using a comparison element, which is a voltage comparator built into the microcontroller. On the same microcontroller, a block of calculations and registration is built. The microcontroller counts the impulses of the charge / discharge of the sensor capacitance until the reference voltage at the storage capacitor is reached. Then the same operations are repeated at a different frequency. At both frequencies, the sensors are alternately connected to the pulse generator.
После измерения емкости на двух различных частотах (например, на частотах менее 5 кГц и более 5 кГц) информация передается в блок обработки информации. По соотношению полученных значений емкостей или времен/количеств циклов принимается решение о наличии или отсутствии ледяных отложений и влаги на проводе, а по соотношению емкостей между разными приемо-передающими обкладками оценивается толщина ледяных отложений. В случаях, когда необходима более высокая точность, измерения проводятся и на других частотах.After measuring the capacitance at two different frequencies (for example, at frequencies less than 5 kHz and more than 5 kHz), information is transmitted to the information processing unit. The ratio of the obtained capacitance values or the times / number of cycles makes a decision about the presence or absence of ice deposits and moisture on the wire, and the thickness of the ice deposits is estimated by the ratio of capacities between different transceiver plates. In cases where higher accuracy is needed, measurements are also taken at other frequencies.
Напряжение на накопительном конденсаторе, при котором заканчивают циклы заряда-разряда воспринимающего конденсатора, выбирают от 60% до 70% от напряжения источника. Это позволяет производить измерение с необходимой точностью на наиболее линейном участке зарядной кривой накопительного конденсатора.The voltage at the storage capacitor, at which the charge-discharge cycles of the sensing capacitor are completed, select from 60% to 70% of the source voltage. This allows you to measure with the necessary accuracy on the most linear portion of the charging curve of the storage capacitor.
Число измерений для усреднения выбирается в диапазоне от 10 до 100. Число измерений последовательно увеличивается, начиная от 10, до того момента, пока полученные результаты предыдущего измерения и последующего измерения не станут совпадать с точностью не хуже 1%. Такое усреднение позволяет устранить зависимость от влияния таких факторов, как временной уход параметров воспринимающего конденсатора, изменений в проводимости и емкости, вызванных отложениями воды и пыли на проводе ЛЭП, а также влажностью воздуха.The number of measurements for averaging is selected in the range from 10 to 100. The number of measurements increases sequentially, starting from 10, until the results of the previous measurement and the subsequent measurement coincide with an accuracy of no worse than 1%. Such averaging eliminates the dependence on the influence of factors such as the temporary departure of the parameters of the receiving capacitor, changes in conductivity and capacitance caused by deposits of water and dust on the power transmission line, as well as air humidity.
При проведении полного цикла измерений раз в 10 минут и передаче диспетчеру полученной информации в случае появления или изменения толщины ледяных отложений среднее потребление устройства составляет от 50 до 100 мкА, что позволяет работать устройству от батареи емкостью 16 Ач не менее 10 лет. Простота схемотехники, конструкции датчиков, изменяемое число датчиков в зависимости от конкретных требований и различные используемые типы радиоканалов (стандарты GSM/GPRS, ISM, BLE) позволяют подобрать оптимальную конфигурацию устройства для каждого случая.When conducting a complete measurement cycle every 10 minutes and transmitting the received information to the dispatcher in case of appearance or change in the thickness of ice deposits, the average consumption of the device is from 50 to 100 μA, which allows the device to operate on a battery with a capacity of 16 Ah for at least 10 years. The simplicity of the circuitry, the design of the sensors, the variable number of sensors depending on the specific requirements and the various types of radio channels used (GSM / GPRS, ISM, BLE standards) allow you to choose the optimal device configuration for each case.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015154068A RU2614988C1 (en) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Ice deposits on wire thickness determination device and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015154068A RU2614988C1 (en) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Ice deposits on wire thickness determination device and method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2614988C1 true RU2614988C1 (en) | 2017-04-03 |
Family
ID=58505507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015154068A RU2614988C1 (en) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Ice deposits on wire thickness determination device and method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2614988C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754773C1 (en) * | 2020-07-23 | 2021-09-07 | Общество с ограниченной ответственностью Малое научно-производственное предприятие «АНТРАКС» (ООО МНПП «АНТРАКС») | Apparatus for determining the presence and thickness of ice deposition on overhead power transmission line wires |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1035708A1 (en) * | 1982-02-05 | 1983-08-15 | Уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе | Method and apparatus for monitoring glazed frost melting process |
| US4980673A (en) * | 1987-06-10 | 1990-12-25 | Rosemount Inc. | Ice detector circuit |
| RU2537380C1 (en) * | 2013-07-03 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method for detecting ice on wires of overhead electric lines |
-
2015
- 2015-12-17 RU RU2015154068A patent/RU2614988C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1035708A1 (en) * | 1982-02-05 | 1983-08-15 | Уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе | Method and apparatus for monitoring glazed frost melting process |
| US4980673A (en) * | 1987-06-10 | 1990-12-25 | Rosemount Inc. | Ice detector circuit |
| RU2537380C1 (en) * | 2013-07-03 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method for detecting ice on wires of overhead electric lines |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754773C1 (en) * | 2020-07-23 | 2021-09-07 | Общество с ограниченной ответственностью Малое научно-производственное предприятие «АНТРАКС» (ООО МНПП «АНТРАКС») | Apparatus for determining the presence and thickness of ice deposition on overhead power transmission line wires |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20210011995A (en) | Extended foreign body detection signal processing | |
| US11791659B2 (en) | Inductive power transmitter | |
| CN100458429C (en) | A multi-frequency capacitive measurement device and a methodof operating the same | |
| US7126352B2 (en) | Method and device for determining the moisture content and conductivity in the ground and in bulk materials | |
| CN103339481B (en) | The equipment of measurement by capacitance material position and method | |
| CN106501618B (en) | Capacitor's capacity measuring circuit | |
| CN108490302A (en) | ground fault detector | |
| US20070209446A1 (en) | Frozen material detection using electric field sensor | |
| US20130207674A1 (en) | Detecting a Dielectric Article | |
| CN103261903A (en) | Combined measuring and detection system | |
| KR20140044851A (en) | Device for monitoring the voltage output by the cells of an electrochemical generator | |
| RU2550155C2 (en) | Device and method for current measurement in bearing | |
| CN101137814A (en) | Sensor using the capacitive measuring principle | |
| US20180052022A1 (en) | Method for operating a magnetic-inductive flowmeter and magnetic-inductive flowmeter | |
| RU2614988C1 (en) | Ice deposits on wire thickness determination device and method | |
| CN104246518A (en) | Method for calibrating a current transducer of the Rogowski type | |
| TW202107046A (en) | Dual polarity mutual capacitive liquid sensing | |
| JP2009278319A (en) | Capacitance proximity sensor | |
| CN109661323A (en) | Charging station, motor vehicle and the method for the battery inductive charging for motor vehicle | |
| RU2013148043A (en) | DEVICE AND METHOD FOR CAPACITIVE READING OF ROTARY MOTION OF A ROTATING ELEMENT | |
| CN109764913B (en) | Road surface condition detection device and method | |
| KR20220041045A (en) | Battery performance evaluation method and device | |
| JP5616923B2 (en) | Input device and position determination method | |
| CN102265517A (en) | Capacitive touch sensor | |
| US20230246489A1 (en) | Foreign Object Detection Using Hybrid Inductive and Capacitive Sensing |