устройство электрохимической защиты металлических оболочек силовых кабелей

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ, содержащее источник постоянного тока, датчик величины защитного тока, формирователь регулирующего сигнала, регулирующий орган, источник опорного напряжения, один вход которого соединен с датчиком величины защитного тока, второй вход - с источником постоянного тока, а выход через формирователь регулирующего сигнала - с входом корректора регулирующего сигнала, последовательно соединенные датчик тока нулевой последовательности, преобразователь тока нулевой последовательности, формирователь корректирующего сигнала по токам нулевой последовательности, выход которого соединен с вторым входом корректора регулирующего сигнала, отличающееся тем, что, с целью снижения скорости коррозии и расхода электроэнергии путем учета влияния изменения уровня высших гармоник тока нагрузки, протекающих по оболочке кабеля, оно снабжено соединенными последовательно датчиком тока высших гармоник, установленным на кабеле, преобразователем токов высших гармоник и формирователем корректирующего сигнала по токам высших гармоник, выход которого соединен с третьим входом корректора регулирующего сигнала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к защите от коррозии металлических оболочек силовых кабелей и других подземных металлических конструкций, в частности к разделу электрохимической защиты.

Известно техническое решение [1], согласно которому осуществляют отбор энергии от оболочки силовых кабелей, которая образовалась за счет несимметрии токов в трехфазном кабеле, а затем используют эту энергию для питания устройства защиты.

Недостатком этого решения является то обстоятельство, что уровень защиты постоянно находится в заданных интервалах и не учитывает изменения токов нулевой последовательности во времени при формировании уровня защитного тока.

Наиболее близким к заявляемому является устройство [2], в котором уровень защитного тока корректируется величиной тока нулевой последовательности оболочки кабеля.

Недостатком такого устройства является отсутствие учета изменения токов высших гармоник электрической нагрузки во времени при формировании уровня защитного тока.

Целью изобретения является снижение скорости коррозии металлических оболочек защищаемых электрических кабелей и расхода электроэнергии путем совершенствования регулировки параметров электрохимической защиты с учетом влияния изменения токов высших гармоник электрических нагрузок, протекающих по оболочке кабеля.

Цель достигается тем, что устройство электрохимической защиты металлических оболочек силовых кабелей дополнительно снабжено соединенными последовательно датчиком уровня тока высших гармоник, установленным на кабеле, вторым преобразователем и вторым формирователем корректирующего сигнала по токам высших гармоник, причем выход второго формирователя корректирующего сигнала соединен с третьим входом корректора регулирующего сигнала.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить, что оно дополнительно содержит соединенные датчик тока высших гармоник, установленный на кабеле, второй преобразователь и второй формирователь корректирующего сигнала по токам высшим гармоникам, причем выход второго формирователя корректирующего сигнала соединен с третьим входом корректора регулирующего сигнала.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "Существенные отличия".

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство электрохимической защиты металлических оболочек силовых кабелей содержит источник 1 постоянного тока защиты, источник 2 опорного напряжения, регулирующий орган 3, датчик 4 величины защитного тока, формирователь 5 регулирующего сигнала, датчик 6 тока нулевой последовательности, первый преобразователь 7 тока нулевой последовательности, первый формирователь 8 корректирующего сигнала, корректор 9 регулирующего сигнала, металлическую оболочку 10 защищаемого кабеля, токоведущие жилы кабеля 11, датчик 12 тока высших гармоник, второй преобразователь 13 тока высших гармоник, второй формирователь 14 корректирующего сигнала.

Связи между элементами устройства электрохимической защиты металлических оболочек силовых кабелей осуществляются следующим образом.

Источник 1 постоянного тока защиты имеет вход для соединения с наружным источником переменного тока и состоит из силового трансформатора с одной первичной и двумя вторичными обмотками, одна из которых соединена с выпрямителем источника постоянного тока защиты, а другая - с выпрямителем источника опорного напряжения. Силовой выход соединен с входом регулирующего органа 3.

Источник 2 опорного напряжения, содержащий выпрямитель, фильтр, стабилизатор, регулятор опорного напряжения, собран из стандартных элементов и соединен с выходом датчика 4 величины защитного тока и входом формирователя 5 регулирующего сигнала.

Формирователь 5 регулирующего сигнала может быть выполнен, например, на составных транзисторах типа n-p-n и p-n-p, выход которого соединен с первым входом корректора 9 регулирующего сигнала.

Корректор 9 регулирующего сигнала может быть выполнен на стандартном транзисторе с обеспечением необходимого смещения в эмиттерном и коллекторном переходе, имеет два входа регулирующего сигнала, соединенных с выходом двух формирователей 8 и 14 корректирующего сигнала, и выход скорректированного сигнала, соединенный с управляющим входом регулирующего органа 3. Регулирующий орган 3 выполнен на управляемом вентиле, включенном в цепь постоянного тока, имеет силовой вход, соединенный с выходом источника 1 постоянного тока защиты, управляющий вход, соединенный с выходом корректора 9 регулирующего сигнала, и выход, соединенный с входом датчика 4 величины защитного тока.

Датчик 4 величины защитного тока устанавливается стандартный в соответствии с номинальной потребляемой нагрузкой защитной цепи и заданной величиной опорного напряжения, имеет вход, соединенный с защищаемой оболочкой 10 силового кабеля, и выход сигнала, соединенный с регулирующим входом источника 2 опорного напряжения.

Датчик 6 тока нулевой последовательности представляет собой трансформатор тока с кольцевым сердечником, регулятором выходного сигнала и нагрузочным элементом, в качестве первичной обмотки которого служит силовой кабель. Выход датчика тока нулевой последовательности соединен с входом первого преобразователя 7 тока нулевой последовательности.

Датчик 12 тока высших гармоник представляет собой фильтр, состоящий из трехфазного двухобмоточного трансформатора, первичная обмотка которого через емкости и пофазно подключена к токоведущим жилам кабеля 11. Емкость конденсаторов выбирается такой, что они вместе с индуктивностями трансформатора образуют фильтр на основную гармонику в спектре тока высших гармоник как правило, это третья гармоника, токи которой замыкаются через металлическую оболочку кабеля.

Преобразователь 7 тока нулевой последовательности и преобразователь 13 токов высших гармоник выполнены на стандартных вентилях. На вход преобразователя 7 поступает сигнал с датчика 6 тока нулевой последовательности, а выход соединен с первым формирователем 8 корректирующего сигнала. Аналогично на вход преобразователя 13 поступает сигнал с датчика 12 тока высших гармоник, а выход соединен с входом второго формирователя 14 корректирующего сигнала.

Формирователи 8 и 14 корректирующих сигналов представляют собой регулятор поступающих сигналов с ограничителем сигналов, превышающих допустимую величину. Выходы формирователей корректирующих сигналов соединены с управляющими выходами корректора регулирующего сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Ток защиты от источника 1 постоянного тока защиты поступает через управляющий регулирующий орган 3, датчик 4 величины защитного тока к металлической оболочке 10 силового кабеля.

Сигнал датчика 4 величины защитного тока и заданное напряжение с источника 2 опорного напряжения подаются на вход формирователя 5 регулирующего сигнала. Сформированный регулирующий сигнал поступает на вход корректора регулирующего сигнала и далее через корректор сигнала на управляющий вход регулирующего органа 3.

Одновременно работают две корректирующие цепи 6-7-8-9 и 12-13-14-9. Сигнал с выхода датчика 6 тока нулевой последовательности через первый преобразователь 7 тока нулевой последовательности поступает на вход формирователя 8 корректирующего сигнала. Выходной сигнал с формирователя 8 корректирующего сигнала поступает на первый управляющий вход корректора 9 регулирующего сигнала. Одновременно на второй управляющий вход корректора 9 регулирующего сигнала поступает аналогично преобразованный сигнал по второй корректирующей цепи с датчика 12 тока высших гармоник - преобразователь 13 тока высших гармоник - второй формирователь 14 корректирующего сигнала.

В корректоре 9 сигналы, поступившие с формирователя 5 регулирующего сигнала, корректируются соответственно с изменением протекающих по оболочке кабеля токов нулевой последовательности и токов высших гармоник и не учитывающихся сигналом датчика 4 величины защитного тока. Скорректированный сигнал подается на управляющий вход регулирующего органа 3, обеспечивающего корректировку величины протекающего тока защиты оболочки 10 кабеля в соответствии с изменением фазных электрических нагрузок кабеля, вызвавших изменение токов нулевой последовательности, изменением величины токов высших гармоник, изменяющих потенциал оболочки кабеля, сокращая расход электроэнергии на защиту от коррозии и уменьшая скорость коррозии.

Таким образом предлагаемое устройство позволяет регулировать защитный ток в зависимости от двух параметров: токов нулевой последовательности и токов высших гармоник, протекающих по оболочке и изменяющих величину ее потенциала.

Использование предлагаемого устройства позволяет по сравнению с существующим снизить скорость коррозии металлической оболочки и уменьшить расход электроэнергии на электрохимическую защиту оболочки.