УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ ПРИ ПРИБЛИЖЕНИИ К ЛЭП Российский патент 1997 года по МПК H02H5/12 G01R29/08 

Изобретение относится к системам сигнализации и в частности к устройству для обнаружения и сигнализации при приближении крана к линии электропередачи (ЛЭП).

Известно устройство указания напряженности электрического поля частотой 50 Гц, содержащее датчик сигнала (электрод), подключенный к входу усилителя, выход которого через пороговый элемент соединен с входом индикатора (Гусев Ю.Н. и др. Средства и устройства безопасности для работ в электроустановках. М. Энергоиздат, 1988, с. 21 22). Недостатком этого устройства является невозможность его использования при работе стреловых кранов, где помимо контроля приближения к ЛЭП необходимо еще обеспечить контроль состояния самого чувствительного элемента.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для обнаружения и сигнализации при приближении к ЛЭП, состоящее из антенн, выполняющих роль индикатора электрического поля, и блока сигнализации, включающего в себя блок масштабирования, совмещенный с переключателем диапазонов, усилитель, фильтр, компаратор с задатчиком опорного напряжения, выходное реле и звуковой сигнал (УЗК-1).

Недостатком этого устройства является невысокая надежность, поскольку выходной сигнал чувствительного элемента имеет величину порядка милливольт, что делает его чувствительным к разного рода помехам, не позволяет применять скользящие контакты и требует соединения чувствительного элемента с узлом сигнализации высокочастотным кабелем. Кроме того, в этом устройстве отсутствует диагностика его работы.

Задачей изобретения является разработка устройства для обнаружения и сигнализации при приближении к ЛЭП, которое позволило бы избавиться от вышеуказанных недостатков ближайшего аналога.

Для этого в устройстве для обнаружения и сигнализации при приближении к ЛЭП, содержащем чувствительный элемент и узел сигнализации, включающий в себя фильтр, блок переключения диапазонов, первый компаратор с задатчиком опорного напряжения, сигнализатор и выходной блок, чувствительный элемент установлен в узле индикации электрического поля, включающем в себя по меньшей мере блок узкополосной фильтрации и усиления и первый блок согласования, вход которого подключен к выходу чувствительного элемента, а выходы соединены с входами блока фильтрации и усиления, выход которого, являющийся выходом узла индикации электрического поля, соединен с входом узла сигнализации, в который введены второй блок согласования и второй четвертый компараторы, а фильтр выполнен сглаживающим, вход сглаживающего фильтра является входом узла сигнализации, а выход подключен к информационному входу первого компаратора и входу блока согласования, первый третий выходы которого соединены с информационными входами соответственно второго четвертого компараторов, выходы которых подключены соответственно к входу сигнализатора, первому входу выходного блока и входу блока переключения диапазонов, выход которого соединен с опорными входами второго четвертого компараторов, выход первого компаратора подключен к второму входу выходного блока.

Кроме того, в узел индикации электрического поля могут быть введены блок оперативного контроля и сумматор, включенный своим выходом и первым входом в разрыв между выходом узла и выходом блока узкополосной фильтрации и усиления, к которому подключен также вход блока встроенного контроля, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

Соединение выхода узла индикации электрического поля и входа узла сигнализации в предлагаемом устройстве может быть подключено через соответствующие резисторы к шине питания постоянного напряжения и к шине нулевого потенциала.

Первый блок согласования в устройстве может содержать задатчик начального уровня, пороговый элемент и элемент согласования, вход которого является входом блока, выходы элемента согласования и задатчика начального уровня соединены соответственно с первым и вторым выводами порогового элемента и являются соответственно первым и вторым выходами блока.

Блок переключения диапазонов в устройстве может содержать фильтр, элемент ИЛИ, элемент И, переключатель диапазонов и первую и вторую кнопки, первые выводы которых подключены к шине питания постоянного напряжения, вторые выводы первой и второй кнопок соединены с первыми входами соответственно элемента ИЛИ и элемента И, вход фильтра является входом блока, выход фильтра подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к входу переключателя диапазонов, выход которого является выходом блока.

Как следует из вышесказанного, в предлагаемом устройстве фильтр ближайшего аналога разделен на две части, одна из которых сглаживающий фильтр оставлена в узле сигнализации, а другая узкополосный фильтр на 50 Гц установлена рядом с чувствительным элементом в узле индикации электрического поля, содержащем также блок согласования. В результате выходной сигнал узла индикации электрического поля составляет величину порядка 10 15 В, что избавляет от необходимости в высокочастотном кабеле и позволяет использовать токосъемники со скользящим контактом.

Кроме того, блок согласования в узле индикации электрического поля позволяет контролировать состояние чувствительного элемента (замыкание его на одну из шин питания крана).

Устройство с вышеуказанной совокупностью существенных признаков из существующего уровня техники не выявлено, что позволяет считать заявленное устройство соответствующим условию патентоспособности "новизна". В существующем уровне техники отсутствуют также объекты с совокупностью существенных признаков, перечисленных в отличительной части п. 1 формулы изобретения, что позволяет считать заявленное устройство соответствующим условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 более подробная схема этого устройства; на фиг. 3 принципиальная схема узла индикации электрического поля; на фиг. 4 принципиальная схема узла сигнализации.

Устройство для обнаружения и сигнализации при приближении к ЛЭП состоит (фиг. 1) из узла 1 индикации электрического поля и узла 2 сигнализации. Узел 1 индикации электрического поля содержит чувствительный элемент 3, подключенный к входу первого блока 4 согласования, выходы которого соединены с соответствующими входами блока 5 узкополосной фильтрации и усиления. Выход блока 5 подключен к первому входу сумматора 6 и входу блока 7 оперативного контроля, выход которого соединен с вторым входом сумматора 6. Выход сумматора 6, являющийся выходом узла 1 индикации электрического поля, подключен к входу узла 2 сигнализации.

Узел 2 сигнализации содержит сглаживающий фильтр 8, вход которого является входом узла 2 сигнализации. Выход сглаживающего фильтра 8 соединен с входом второго блока 9 согласования и с информационным входом первого компаратора 11, на опорный вход которого подается опорное напряжение от задатчика 10 опорного напряжения. Первый третий выходы второго блока 9 согласования соединены с информационными входами соответственно второго - четвертого компараторов 12 14. Выход второго компаратора 12 подключен к входу сигнализатора 15. Выходы третьего и первого компараторов 13 и 11 соединены соответственно с первым и вторым входами выходного блока 16, выход которого является выходом 17 узла 2 сигнализации. Выход четвертого компаратора 14 соединен с входом блока 18 переключения диапазонов, выход которого подключен к опорным входам второго четвертого компараторов 12 14.

Выход сумматора 6 в узле 1 и вход сглаживающего фильтра 8 в узле 2 подключены соответственно через первый резистор 19 к шине нулевого потенциала и через второй резистор 20 к шине питания постоянного напряжения.

Первый блок 4 согласования состоит (фиг. 2) из элемента 21 согласования, задатчика 22 начального уровня и порогового элемента 23. Чувствительный элемент 3 подключен к входу элемента 21 согласования, выход которого и выход задатчика 22 начального уровня соединены с выводами порогового элемента 23 и являются выходами блока 4.

Блок 5 узкополосной фильтрации и усиления содержит узкополосный фильтр 24 и усилитель 25. Первый вход узкополосного фильтра 24 является первым входом блока 5. Выход фильтра 24 соединен с первым входом усилителя 25, выход которого является выходом блока 5. Вторые входы фильтра 24 и усилителя 25 объединены и являются вторым входом блока 5.

Элемент 21 согласования, узкополосный фильтр 24, усилитель 25, а также блок 7 оперативного контроля могут быть выполнены на операционных усилителях. Задатчик 22 начального уровня представляет собой резистивный делитель напряжения. Пороговый элемент 23 собран на двух встречно включенных стабилизаторах. Сумматор 6 выполнен на резисторах. Конкретное выполнение узла 1 индикации электрического поля приведено на фиг. 3 (фиг. 3 только по желанию заказчика).

В узле 2 сигнализации второй блок 9 согласования, служащий для масштабирования входного сигнала блока 9 при подаче его на соответствующий компаратор 12 14, может иметь любое приемное выполнение. Сигнализатор 15 является зуммером. Выходной блок 16 представляет собой последовательное соединение фильтра 26 и выходного реле 27.

Блок 18 переключения диапазонов содержит фильтр 28, элемент ИЛИ 29, элемент И 30, переключатель 31 диапазонов, первую и вторую кнопки 32 и 33. Вход фильтра 28 является входом блока 18. Выход фильтра 28 соединен с первым входом элемента ИЛИ 29, выход которого подключен к первому входу элемента И 30. Вторые входы элемента ИЛИ 29и элемента И 30 соединены с шиной питания постоянного напряжения через кнопки 32 и 33 соответственно. Выход элемента И 30 подключен к входу переключателя 31 диапазонов, выход которого является выходом блока 18.

Устройство для обнаружения и сигнализации при приближении к ЛЭП работает следующим образом.

Сигнал с чувствительного элемента 3 (с антенны) поступает на блок 4 согласования (на элемент 21 согласования). При нормальной работе этот сигнал поступает на узкополосный фильтр 24 блока 5. Фильтр 24 настроен на частоту 50 Гц (базовая частота ЛЭП). Выделенный фильтром 24 сигнал усиливается в усилителе 25 и подается в блок 7 оперативного контроля и на сумматор 6.

В том случае, если чувствительный элемент 3 замыкается на корпус, уровень сигнала на выходе элемента 21 согласования снижается, что регистрируется пороговым элементом 23. При замыкании чувствительного элемента 3 на шину питания постоянного напряжения (т.е. в случае неисправности внутри узла 1) уровень сигнала на выходе элемента 21 согласования повышается, что также регистрируется пороговым элементом 23.

Блок 7 оперативного контроля отслеживает выход сигнала с усилителя 25 за установленный диапазон. Это может быть не только вследствие вышеуказанной регистрации изменений уровня входного сигнала пороговым элементом 23, но и вследствие выхода из строя фильтра 24 или усилителя 25. В случае такого выхода сигнала за установленный диапазон блок 7 подает на сумматор 6 сигнал, который служит запрещающим сигналом для узла 2 сигнализации.

Например, если блок 7, как показано на фиг. 3, выполнен в виде компаратора, то любое снижение сигнала ниже некоторого уровня приведет к появлению на выходе блока 7 сигнала, поступающего на сумматор 6. Повышение же уровня сигнала, вызывающее срабатывание порогового элемента 23, приводит к повышению напряжения на выходе задатчика 22, что проявляется в возрастании сигнала на другом входе сумматора 6.

Усиленный сигнал с узла 1 индикации электрического поля поступает в узел 2 сигнализации на сглаживающий фильтр 8. С выхода фильтра 8 сглаженный сигнал подается на первый компаратор 11, на опорном входе которого имеется сигнал с задатчика 10. Если в случае обрыва питания или по иным причинам сигнал с фильтра 8 меньше по величине опорного сигнала с задатчика 10, компаратор 11 срабатывает и выдает сигнал на выходной блок 16. В этом блоке 16 выходное реле 27 срабатывает и запрещает все движения исполнительного механизма крана.

Если сигнал с выхода фильтра 8 достаточен, то масштабированные сигналы с выходов блока 9 согласования поступают на соответствующие компараторы 12 14, для которых опорным сигналом является сигнал с выхода блока 18 переключения диапазонов.

При срабатывании второго компаратора 12 сигнал с его выхода поступает на сигнализатор 15 (зуммер), который дает звуковое предупреждение о нахождении чувствительного элемента 3, установленного на кране, в зоне ЛЭП.

Срабатывание третьего компаратора 13 по своему результату эквивалентно срабатыванию первого компаратора 11 и приводит к отключению исполнительного механизма крана.

При срабатывании четвертого компаратора 14 сигнал с его выхода, поступающий в блок 18 переключения диапазонов, фильтруется в фильтре 28 и через элемент ИЛИ 29 подается на элемент И 30. Если при этом нажата первая кнопка 32, то сигнал с выхода элемента И 30 поступает на переключатель 31 диапазонов, по сигналу которого происходит переключение опорного напряжения, подаваемого на опорные входы компараторов 12 14. В результате происходит переключение диапазонов работы устройств.

Такое переключение можно осуществить и в том случае, если компаратор 14 не срабатывает. Для этого надо одновременно нажать обе кнопки 32 и 33, что приведет к появлению сигнала на выходе элемента И 30.

В том случае, если сигнальный провод между узлом 1 индикации электрического поля и узлом 2 сигнализации оборван, напряжение на входе сглаживающего фильтра 8 возрастает до потенциала шины питания через резистор 20. В результате срабатывают компаратор 13 и выходной блок 16, запрещающий все движения крана.

Таким образом, введение в предлагаемое устройство новых признаков обеспечивает высокую надежность работы и позволяет осуществлять самотестирование устройства.

Использование: в системах сигнализации. Сущность изобретения: в устройстве, содержащем чувствительный элемент и узел сигнализации, в который входят фильтр, компаратор с задатчиком опорного напряжения, сигнализатор, выходной блок и блок переключения диапазонов, чувствительный элемент установлен в узле индикации электрического поля, в котором имеются блок согласования и блок узкополосной фильтрации и усиления, в узел сигнализации введены блок согласования и компараторы, фильтр выполнен сглаживающим. Его использование в устройствах для обнаружения и сигнализации при приближении крана к линии электропередачи позволяет повысить надежность работы и обеспечить самодиагностику. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для обнаружения и сигнализации при приближении к ЛЭП, содержащее чувствительный элемент и узел сигнализации, включающий в себя фильтр, блок переключения диапазонов, первый компаратор с задатчиком опорного напряжения, сигнализатор и выходной блок запрещающего сигнала, выход которого является выходом узла сигнализации устройства, отличающееся тем, что чувствительный элемент установлен в узле индикации электрического поля, включающем в себя блок узкополосной фильтрации и усиления и первый блок согласования, вход которого подключен к выходу чувствительного элемента, а выходы соединены с входами блока фильтрации и усиления, выход которого, являющийся выходом узла индикации электрического поля, соединен с входом узла сигнализации, в который введены второй блок согласования и второй четвертый компараторы, а фильтр выполнен сглаживающим, вход сглаживающего фильтра является входом узла сигнализации, а выход подключен к информационному входу первого компаратора и входу второго блока согласования, первый третий выходы которого соединены с информационными входами соответственно второго - четвертого компараторов, выходы которых подключены соответственно к входу сигнализатора, первому входу выходного блока запрещающего сигнала и входу блока переключения диапазонов, выход которого соединен с опорными входами второго четвертого компараторов, выход первого компаратора подключен к второму входу выходного блока запрещающего сигнала. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в узел индикации электрического поля дополнительно введен блок оперативного контроля выхода сигнала за заданный диапазон и сумматор, включенный своими выходом и первым входом в разрыв между выходом узла и выходом блока узкополосной фильтрации и усиления, к которому подключен также вход блока оперативного контроля выхода сигнала за заданный диапазон, выход которого соединен с вторым входом сумматора. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что соединение выхода узла индикации электрического поля и входа узла сигнализации подключено через соответствующие резисторы к шине питания постоянного напряжения и к шине нулевого потенциала.