SU1764005A1 - Устройство дл отыскани места однофазного замыкани на землю - Google Patents

Description

1

(21)4864363/21

(22) 06.09.90

(46) 23.09.92. Бюл. № 35

(71)Псковский филиал Ленинградского государственного технического университета

(72)ААИванов и Р.А.Пол нский (56) Авторское свидетельство СССР № 554511,кл.О 01 R31/08, 1977.

Кузнецов А.П. Определение мест повреждений на воздушных лини х электропередачи . - М., Энергоатомиздат, 1989 г. - библиотека электромонтера, вып. 618, стр. 81-82. Прибор Волна-М - прототип. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТЫСКАНИЯ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

(57) Использование: изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  отыскани  места однофазного замыкани  на землю в воздушных электрических сет х с изолированной нейтралью. Сущность изобретени : устройство содержит 1 магнитный датчик (1), 3 катушки индуктивности (2-4), 3 фильтра (5-7), 3 квадратора (8-10), 1 суммирующий усилитель (11), 1 вычислитель квадратного корн  (12). 1 корректор усилени  (13), 1 усилитель (14), 1 блок управлени  (15), 1 индикатор. Катушки индуктивности расположены так, что их магнитные оси взаимно перпендикул рны друг другу. 1 з.п. ф-лы, 1 ил

Изобретение относитс  к области электроизмерительной техники и может быть ис- пользовано дл  отыскани  места однофазного замыкани  на землю в воздушных электрических сет х с изолированной нейтралью.

Известно устройство дл  отыскани  места однофазного замыкани  на землю, содержащее датчик высших гармоник магнитного пол , усилитель контролируемого сигнала, индикатор, корректор усилени  контролируемого сигнала в виде датчика электрического пол  нулевой последовательности и регул тора (см. А.с. № 554511, кл. G01 R31/08. опубл. БИМг 14,1977).

Основным недостатком данного устройства  вл етс  зависимость его показаний от пространственного положени  магнитного датчика (или что то же устройства, т.к. датчик крепитс  в корпусе устройства) относительно проводов линии, что снижает точность

измерений и приводит к увеличению времени отыскани  места повреждени .

Наиболее близким по технической сущности к за вл емому изобретению  вл етс  устройство дл  отыскани  места однофазного замыкани  на землю (прибор Волна- М), содержащее магнитный датчик, выполненный в виде двух последовательно соединенных катушек индуктивности с разомкнутыми магнитными сердечниками, два фильтра, усилители контролируемого сигнала, корректор усилени  контролируемого сигнала в виде датчика электрического пол  нулевой последовательности и регул тора (см. Кузнецов А.П. Определение мест повреждени  на воздушных лини х электропередачи . - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С. 81-82).

Основным недостатком данного устройства также  вл етс  зависимость его показаний от пространственного положени 

V|

ON

J

О

о

с 

магнитного датчика относительно проводов линии, что снижает точность измерений и приводит к увеличению времени отыскани  места повреждени .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений путем исключени  зависимости показаний устройства от пространственного положени  магнитного датчика .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  отыскани  места однофазного замыкани  на землю, содержащее магнитный датчик, выполненный в виде двух катушек индуктивности с разомкнутыми магнитными сердечниками, два фильтра, настроенных на частоту контролируемого сигнала, первый и второй усилители контролируемого сигнала, корректор усилени  контролируемого сигнала, состо щий из датчика электрического пол  нулевой последовательности , повторител  напр жени , третьего усилител , выпр мител  и регул тора, блок управлени  и индикатор, причем датчик электрического пол  через повторитель напр жени  подключен к входу третьего усилител , выход которого соединен с первым выходом корректора, соединенным в свою очередь с первым входом блока управлени , и через выпр митель подключен к первому входу регул тора, блок управлени  вторым входом подключен к выходу второго усилител , а первым и вторым выходами соединен соответственно с входом индикатора и с первым входом второго усилител , дополнительно введены третий фильтр, настроенный на частоту контролируемого сигнала, три квадратора и вычислитель квадратного корн , первый усилитель контролируемого сигнала выполнен суммирующим, а магнитный датчик содержит третью катушку индуктивности с разомкнутым магнитным сердечником, при этом катушки индуктивности расположены так, что их магнитные оси взаимно перпендикул рны друг другу, выводы катушек соединены соответственно с входами первого, второго и третьего фильтров, выходы которых подключены соответственно через пер- вый, второй и третий квадраторы к соответствующим входам суммирующего усилител , выход которого через вычислитель квадратного корн  соединен с входом корректора, к которому подключен второй вход регул тора, второй выход корректора соединен с выходом регул тора и подключен к второму входу второго усилител .

Отличительными признаками предлагаемого изобретени   вл етс  то, «то в устройство дл  отыскани  места однофазного замыкани  на землю дополнительно введены третий фильтр, настроенный на частоту контролируемого сигнала, три квадратора и вычислитель квадратного корн , первый усилитель контролируемого сигнала выполнен суммирующим, а магнитный датчик содержит третью катушку индуктивности с разомкнутым магнитным сердечником, при этом катушки индуктивности расположены так, что их магнитные оси взаимно перпен0 дикул рны друг другу, выводы катушек соединены соответственно с входами первого, второго и третьего фильтров, выходы которых подключены соответственно через пер- вый, второй и третий квадраторы к

5 соответствующим входам суммирующего усилител , выход которого через вычислитель квадратного корн  соединен с входом корректора, к которому подключен второй вход регул тора, второй выход корректора

0 соединен с выходом регул тора и подключен к второму входу второго усилител .

Предложенное устройство обладает существенными отличи ми, так как других известных технических решений с подобными

5 признаками за витель не обнаружил.

При осуществлении устройства вы вленные отличительные признаки в совокупности с другими признаками обеспечивают получение положительного

0 эффекта, заключающегос  в повышении точности измерений, так как исключена зависимость показаний устройства от пространственного положени  магнитного датчика.

5 На фиг. 1 приведена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - секторна  диаграмма , по сн юща  работу устройства.

Устройство содержит магнитный датчик 1, состо щий из трех катушек 2,3,4 индук0 тивности с разомкнутыми магнитными сердечниками , которые выполнены из пермалло , как рекомендуетс  при измерени х характеристик низкочастотных слабых магнитных полей (см. Панин В.В., Степанов

5 Б.М. Измерение импульсных магнитных и электрических полей. - М.: Энергоатомиз- дат, 1987. - С. 21). Катушки индуктивности расположены так, что их магнитные оси взаимно перпендикул рны друг другу. Выводы

0 каждой из катушек подключены к входам одного из трех фильтров 5-7, настроенных на частоту контролируемой гармонической составл ющей тока замыкани  на землю. Наиболее целесообразно использовать час5 тоты 250, 350, 550 Гц.

Выходы фильтров через квадраторы 8- 10 подключены к соответствующим входам суммирующего усилител  11. Квадраторы предназначены дл  возведени  в квадрат напр жений, выделенных с помощью фильтрое . Суммирующий усилитель обеспечивает суммирование и усиление возведенных в квадрат сигналов напр жени .

Подключенный к выходу суммирующего усилител  11 вычислитель 12 квадратного корн  предназначен дл  формировани  напр жени , пропорционального модул  век тора магнитной индукции магнитного пол  на частоте контролируемого сигнала в месте расположени  устройства. В качестве квадраторов 8-10 и вычислител  12 квадратного корн  могут быть использованы интегральные перемножители К525ПС2, включенные соответственно по схеме возведени  в квадрат и по смехе извлечени  квадратного кор- н  (см. Путников B.C. Интегральна  электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. - С. 131-132). Ввиду того, что аналоговые интегральные перемножители представл ют собой функционально законченное устройство, то введение их в схему устройства дл  отыскани  места однофазного замыкани  на землю практически не сказываетс  на его габаритах и весе. Подключение этих микросхем также не вызывает особых сложностей.

Взаимно перпендикул рное расположение катушек магнитного датчика и применение квадраторов, суммирующего усилител  и вычислител  квадратного корн  позвол ет исключить зависимость показаний устройства от пространственного положени  магнитного датчика.

В общем случае ЭДС, наводима  в отдельной катушке датчика магнитным полем, создаваемым любой из гармонических составл ющих тока замыкани  на землю, максимальна , когда вектор магнитной индукции В пол  параллелен магнитной оси катушки, и Минимальна, когда В перпендикул рен ей. Во всех остальных случа х ЭДС имеет промежуточные значени  и пр мо пропорциональна проекции вектора магнитной индукции на магнитную ось датчика. Этим объ сн етс  вли ние положени  магнитного датчика на результаты измерений в случае наличи  в нем одной или двух (как в прототипе) катушек индуктивности (см. Панин В.В., Степанов Б.М. Измерение импульсных магнитных ... - С. 16). Если же магнитный датчик, как предлагаетс , состоит из трех взаимно перпендикул рных катушек , то ЭДС наводима  магнитным полем в каждой из них, будет определ тьс  (при их одинаковых технических характеристик) соответствующей проекцией вектора магнитной индукции на магнитную ось катушки (фиг. 2). Квадратный корень из суммы квадратов трех ЭДС катушек всегда пр мо про- порционален абсолютной величине

(модулю) вектора В в данной точке пространства или, что то же, в месте расположени  устройства. Это справедливо дл  любой гармонической составл ющей, в том 5 числе и дл  контролируемой. Следовательно , сигнал напр жени  на выходе вычислител  12 квадратного корн , пропорциональный указанному модулю вектора магнитной индукции, не будет зави0 сеть от пространственного полбжени  магнитного датчика. Поэтому точность измерений с помощью предлагаемого устройства будет выше, чем у известных устройств .

5 Следует заметить, что исход  из конструктивных соображений катушки индуктивности магнитного датчика могут иметь неодинаковые технические характеристики, например, длину и сечение сердечника или

0 число витков. Это легко учитываетс  соответствующим выбором коэффициентом передачи суммирующего усилител  по отдельным входам и на результаты измерений не вли ет.

5 Вычислитель 12 квадратного корн  через корректор 13 усилени  контролируемого сигнала подключен к входу второго усилител  14, который предназначен дл  изменени  чувствительности устройства, про0 изводимого переключением коэффициента передачи усилител  с помощью блока 15 управлени .

Блок управлени  состоит из переключател  режима работы и чувствительности ус5 тройства и кнопки включени  питани  (см.

Кузнецов А.П. Определение мест поврежде . ни  на воздушных лини х электропередачи.

- М.: Энергоатомиздэт, 1989. - С. 79,81-82).

В качестве источника питани  может ис0 пользоватьс  гальванический элемент или аккумул тор. Преобразователь однопол р- ного напр жени  в двухпол рное, необходимое дл  питани  микросхем, может быть выполнен по любой из известных схем, в

5 том числе и как в прототипе. На фиг. 1 источник питани  не показан.

В качестве индикатора 16 используетс  либо выпр митель, нагруженный на последовательно включенные резистор и микро0 амперметр, как это имеет место в известных устройствах поиска мест замыканий на землю (см. Кузнецов А.П. Определение мест по- вреждени  на воздушных лини х электропередачи. - М.: Энергоатомиздат.

5 1989. - С. 76-85), либо вместо микроамперметра может использоватьс  аналого-цифровой преобразователь с цифровой индикацией. Во втором вари нте удлетс  снизить габариты и вес устройства, чго имеот существенное значение с точки зрени  удобства эксплуатации.

Корректор 13 усилени  контролируемого сигнала содержит датчик 17 электрического пол  нулевой последовательности, подключенный через повторитель 18 напр жени  к входу третьего усилител  19 переменного тока. Выход этого усилител  подключен к первому входу блока 15 управлени  и через выпр митель 20 соединен с первым входом регул тора 21.

Датчик 17 электрического пол  (электрическа  антенна) представл ет собой металлическую пластину, встроенную в корпус устройства.

Регул тор 21 представл ет собой делитель напр жени , верхнее плечо которого образует посто нный резистор, а в качестве нижнего используетс  полевой транзистор, затвором подключённый к выходу выпр мител  20 (см. Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. - М,: Радио и св зь, 1985. - С. 81, рис. 2.13).

Устройство работает следующим образом . При замыкании на землю одной из фаз линии токи нулевой последовательности, содержащие кроме основной составл ющей 50 Гц высшие гармонические составл ющие , создают вокруг проводов линии магнитное поле, которое воздействует на катушки 2-4 индуктивности магнитного датчика 1. ЭДС, наведенные в этих катушках в результате указанного воздействи  магнитного пол , подаютс  на входы фильтров 5-7, которые выдел ют сигналы с частотой контролируемой гармонической составл ющей. Выделенные сигналы напр жени  возвод тс  в квадрат с помощью квадраторов 8- 10 и далее усиливаютс  и суммируютс  с помощью суммирующего усилител  11. Из этого суммарного напр жени  извлекаетс  квадратный корень вычислителем 12 и, таким образом, окончательно формируетс  напр жение, пр мо пропорциональное модулю вектора магнитной индукции в месте расположени  устройства.

Сформированное на выходе вычислител  12 напр жение подаетс  через регул тор 21 корректора 13 на вход второго усилител  14. С выхода этого усилител  сигнал напр жени , усиленный в соответствии с установленным с помощью блока 15 управлени  коэффициентом передачи и в зависимости от коэффициента передачи регул тора 21, далее подаетс  через блок 15 управлени  на индикатор 16.

Использование корректора 13 усилени  контролируемого сигнала снижает зависимость показаний устройства от рассто ни  между ним и проппдпми линии, а также от

значени  переходного сопротивлени  в месте замыкани .

Сигнал напр жени  сдатчика 17 электрического пол  через повторитель 18 напр жени  подаетс  на вход третьего усилител  19. Усиленный сигнал выпр мл етс  выпр мителем 20 и подаетс  на первый (управл ющий ) вход регул тора 21. который автоматически, в зависимости от величины

0 выходного напр жени  выпр мител  20, измен ет коэффициент передачи. Причем при уменьшении (увеличении) напр женности электрического пол  и, следовательно, напр жени  на датчике 17 коэффициент пере5 дачи регул тора 21 увеличиваетс  (уменьшаетс ), так как вход щий в него полевой транзистор начинает закрыватьс  (от- крыватьс ). В свою очередь сигнал напр жени  датчика 17 увеличиваетс  при

0 приближении к проводам линии и, наоборот , уменьшаетс  при удалении от них. Кроме этого, при одном и том же рассто нии до проводов величина напр жени  датчика 17 зависит также от величины переходного со5 противлени  в месте замыкани . При уменьшении значени  этого сопротивлени  сигнал напр жени  увеличиваетс , так как увеличиваетс  напр жение нулевой последовательности в линии, и наоборот. Таким

0 образом наличие корректора 13 обеспечивает также частичную стабилизацию показаний устройства при изменени х величины переходного сопротивлени  в месте замыкани  на землю.

5 При необходимости сигнал с выхода усилител  19 может подаватьс  с помощью блока 15 управлени  непосредственно на вход индикатора 16, что позвол ет по его показани м контролировать напр жен0 ность электрического пол  и наличие замыкани  на землю и обрывов проводов.

По сравнению с прототипом предложенное устройство позволит повысить точность измерений, и тем самым уменьшить

5 врем  отыскани  места однофазного замыкани  на землю.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  отыскани  места однофазного замыкани  на землю, содержа0 щее магнитный датчик, выполненный в пиде двух катушек индуктивности с разомкнутыми магнитными сердечниками, два фильтра, настроенных на частоту контролируемого сигнала, первый и второй усилители контро5 лируемого сигнала, корректор усилени  контролируемого сигнала, состо щий из датчика электрического пол  нулевой последовательности , повторител  напр жени , третьего усилител , выпр мител  и регул тора , блок управлени  и индикатор, причем

   датчик электрического пол  через повторитель напр жени  подключен к входу третьего усилител , выход которого соединен с первым выходом корректора, соединенным, в свою очередь, с первым входом блока управлени , и через выпр митель подключен к первому входу регул тора, блок управлени  вторым входом подключен к выходу второго усилител , а первым и вторым выходами соединен соответственно с входом индикатора и с первым входом второго усилител , отличающеес  тем. что, с целью повышени  точности измерений, дополнительно введены третий фильтр, настроенный на частоту контролируемого сигнала, три квадратора и вычислитель квадратного корн , первый усилитель контролируемого сигнала выполнен суммирующим , а магнитный датчик содержит третью катушку индуктивности с разомкнутым магГ

   1 Т

   17

   18

   Фиг. I

   0

   5

   нитным сердечником, при этом катушки индуктивности расположены так. что их магнитные оси взаимно перпендикул рны, выводы катушек соединены соответственно с входами первого, второго и третьего фильтров , выходы которых подключены соответственно через первый, второй и третий квадраторы к соответствующим входам суммирующего усилител , выход которого через вычислитель квадратного корн  соединен с входом корректора, к которому подключен второй вход регул тора, второй выход корректора соединен с выходом регул тора и подключен к второму входу второго усилител .
2. 2. Устройство по п. 1,отличающее- с   тем, что в качестве индикатора использован цифровой индикатор с аналого-циф- 20 ровым преобразователем на входе.

   Фиг. 2