УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ОБ ОПАСНОМ НАПРЯЖЕНИИ Российский патент 1997 года по МПК G01R29/08 G01R19/155 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, например, для предупреждения персонала, обслуживающего передвижные механизмы с выносным стреловым оборудованием, о приближении частей механизма на опасное расстояние к проводам линий электропередачи (ЛЭП) переменного тока.

При работе на передвижных механизмах с выносным стреловым оборудованием, например на автокранах, вблизи ЛЭП, существует необходимость работы как можно ближе к проводам ЛЭП. С другой стороны, это расстояние ограничено опасностью электрического разряда между проводами ЛЭП и выносной частью автокрана. Это расстояние оговорено ГОСТом.

Существующие устройства сигнализации не позволяют срабатывать в непосредственной близости от расстояния, предусмотренного ГОСТом на ЛЭП с напряжением 500 кВ и выше, а также не обеспечивают необходимой стабильности чувствительности во всем диапазоне напряжений ЛЭП при воздействии климатических факторов.

Известно устройство автоматической сигнализации о высоком напряжении, содержащее воспринимающий электрическое поле датчик и электронный коммутирующий блок с устройством выдачи сигнала, причем датчик выполнен в виде гибкой пленки, с обеих сторон покрытой слоем из проводящего или полупроводящего материала. При приближении на опасное расстояние к узлам, находящимся под высоким напряжением, человек, снабженный таким устройством сигнализации, получает об этом сигнал [1]
Недостатком указанного устройства является невозможность регулирования чувствительности, обеспечивающей его использование для сигнализации опасного расстояния до источников различных напряжений.

Кроме того, известно устройство автоматической сигнализации об опасном напряжении, являющееся прототипом изобретения, предназначенное для предупреждения световыми или звуковыми сигналами персонала, обслуживающего передвижные механизмы с выносным стреловым оборудованием, о приближении частей механизма на опасное расстояние к проводам ЛЭП переменного тока с напряжением 220 В 750 кВ [2, 3]
Сигнализатор укрупненно содержит блок антенн, сигнальный вход которого является входом устройства, а контрольный вход соединен с контрольным выходом генератора контрольных сигналов, синхронизирующий выход которого соединен с синхронизирующим входом формирователя выходных сигналов, измерительный вход которого соединен с выходом порогового устройства, сигнальный вход которого через усилитель соединен с выходом антенны и потенциальным выходом переключателя диапазонов уровня напряжений, содержащего регистр сдвига, электронный ключ и подборные резисторы, причем выходы регистра сдвига через подборные резисторы соединены с входами электронного ключа, а выход электронного ключа является потенциальным выходом переключателя диапазонов уровня напряжений.

В указанном устройстве регулировать чувствительность возможно, и осуществляют ее изменением входного сопротивления усилителя подборными резисторами, позволяющими получить требуемую чувствительность для обеспечения расстояния срабатывания до ЛЭП напряжением до 500 кВ. Начиная с напряжения ЛЭП 500 кВ для обеспечения требуемого расстояния срабатывания сопротивление подборного резистора должно быть меньше 0, т.е. иначе говоря, установка нулевого сопротивления не обеспечивает желаемого снижения чувствительности в верхнем диапазоне напряжения ЛЭП, а полученное значение чувствительности нестабильно при воздействии климатических факторов, т.к. при этом изменение сопротивления изоляции антенны приводит к значительному изменению входного сопротивления устройства в целом.

Задачей изобретения является создание стабильного по чувствительности устройства автоматической сигнализации об опасном напряжении с пониженной чувствительностью в верхнем диапазоне напряжений источников напряжения.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве автоматической сигнализации об опасном напряжении, содержащем по крайней мере одну антенну, сигнальный вход которой является входом устройства, а контрольный вход соединен с контрольным выходом генератора контрольных сигналов, синхронизирующий выход которого соединен с синхронизирующим входом формирователя выходных сигналов, измерительный вход которого соединен с выходом порогового устройства, сигнальный вход которого через усилитель соединен с выходом антенны и потенциальным выходом переключателя диапазонов уровня напряжений, содержащего регистр сдвига, электронный ключ и подборные резисторы, причем выходы регистра сдвига через подборные резисторы соединены с входами электронного ключа, а выход электронного ключа является потенциальным выходом переключателя диапазонов уровня напряжений, пороговое устройство выполнено с двумя входами, переключатель диапазонов уровня напряжений с двумя выходами, в который введен элемент ИЛИ, входы которого соединены по крайней мере с одним выходом старшего разряда регистра сдвига, а выход является управляющим выходом переключателя диапазонов уровня напряжений, который соединен с опорным входом порогового устройства, а антенна выполнена в виде шарового сегмента, заполненного твердым водонепроницаемым диэлектриком, выступающая из сегмента часть которого закреплена на металлическом основании, при этом диаметр основания шарового сегмента и высота выступающей части диэлектрика выбраны из соотношения 4 1.

Изобретение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", т.к. оно не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, из которого не выявляется возможность повышения соотношения между входным сопротивлением усилителя и антенны, сопротивлением подборных резисторов и электронного ключа переключателя диапазонов, позволяющего повысить стабильность чувствительности устройства и снизить чувствительность в верхнем диапазоне напряжения источника опасного напряжения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства сигнализации; на фиг. 2 общий вид антенны в аксонометрической проекции с местным разрезом; на фиг. 3 функциональная схема порогового устройства; на фиг. 4 функциональная схема переключателя диапазонов уровня напряжений для частного случая на пять диапазонов чувствительности.

Устройство (фиг. 1) содержит по крайней мере одну антенну 1, сигнальный вход которой является входом устройства, а контрольный вход соединен с контрольным выходом генератора 2 контрольных сигналов, синхронизирующий выход которого соединен с синхронизирующим входом формирователя 3 выходных сигналов, измерительный вход которого соединен с выходом порогового устройства 4, сигнальный вход которого через усилитель 5 соединен с выходом антенны 1 и потенциальным выходом переключателя диапазонов уровня напряжений 6, управляющий выход которого соединен с опорным входом порогового устройства 4.

Антенна 1 (фиг. 2) выполнена в виде шарового металлического сегмента 7, заполненного твердым водонепроницаемым диэлектриком 8, например материалом ПЭН-И ТУ 6-05-5088-76. Внешняя поверхность шарового сегмента 7 является сигнальным входом антенны 1. Выступающая часть 3 диэлектрика 8 закреплена на металлическом основании 10. К внутренней стороне сегмента 7 прикреплены два проводника 11 и 12, являющихся соответственно контрольным входом и выходом антенны. При реализации их можно вывести на разъем. Диаметр основания шарового сегмента 7 и высота выступающей части 9 диэлектрика 8 выбраны из соотношения 4 1. Абсолютные размеры антенны 1 определяются габаритами механизмов, для которых она предназначена. Например, если антенна 1 предназначена для автокрана, то ее размеры при изготовлении ограничиваются размерами выносного стрелового оборудования.

Генератор 2 контрольных сигналов, формирователь 3 выходных сигналов и усилитель 5 могут быть выполнены аналогично схемам, приведенным в техническом описании и инструкции по эксплуатации ЕЯО.514. 000 ТО.

Пороговое устройство 4 (фиг. 3) выполнено с двумя входами (сигнальным и опорным) и содержит источник опорного напряжения, выход которого соединен с одним из входов сумматора, выход которого соединен с одним из входов электронного ключа, второй вход которого является сигнальным входом порогового устройства 4, а выход выходом порогового устройства 4. Другой вход сумматора является опорным входом порогового устройства.

Переключатель диапазонов уровня напряжений 6 (фиг. 4) выполнен с двумя выходами (потенциальным и управляющим) и содержит регистр сдвига (в частном случае 5-разрядный), выходы которого соединены с соответствующими входами индикатора и через подборные резисторы 13 с входами электронного ключа 14, выход которого является потенциальным выходом переключателя диапазонов уровня напряжений 6. По крайней мере один старший разряд регистра сдвига (в частном случае два) соединен с входом элемента ИЛИ, выход которого является управляющим выходом переключателя диапазонов уровня напряжений. В качестве регистра сдвига в простейшем случае может быть использован любой переключатель, обеспечивающий наличие сигнала (например, напряжения источника питания) на одном из выходов. Электронный ключ обеспечивает коммутацию одного из входов с выходом, причем управление электронным ключом осуществляется (в частном случае) самим сигналом на соответствующем входе.

При изменении количества диапазонов чувствительности переключателя диапазонов уровня напряжений 6 количество выходов регистра сдвига, соединенных со входами элемента ИЛИ, может меняться.

Работу предлагаемого устройства рассмотрим на примере его использования для сигнализации опасного напряжения ЛЭП.

Под воздействием электромагнитного поля ЛЭП в антенне 1 с указанным выше соотношением диаметра основания шарового сегмента 7 и выступающей части 9 диэлектрика 8 наводится максимальный сигнал, величина которого зависит от напряжения ЛЭП и расстояния между проводами ЛЭП и антенной 1. Сигнал поступает на усилитель 5, входное сопротивление которого значительно ниже входного сопротивления антенны 1 и изменяется переключателем диапазонов уровня напряжений 6. После усилителя 5 сигнал поступает на сигнальный вход порогового устройства 4, уровень порога которого зависит от наличия или отсутствия сигнала на опорном входе, поступающего с управляющего выхода переключателя диапазонов уровня напряжений 6.

Сигнал на выходе порогового устройства 4 появляется в случае, если наведенный сигнал превышает уровень порога порогового устройства 4, что соответствует расстоянию от ЛЭП до антенны 1, меньше допустимого. При этом формирователь выходных сигналов 3 вырабатывает сигнал "Опасно".

При нарушении соотношения 4 1 и снижении уровня срабатывания порогового устройства 4 в верхнем диапазоне напряжении ЛЭП сигнал, наведенный в антенне 1, уменьшается, что приводит к необходимости увеличения входного сопротивления усилителя 5 на нижних диапазонах напряжений ЛЭП и снижения его в верхних диапазонах. При этом соответственно снижаются соотношения между входными сопротивлениями антенны 1 и усилителя 5 и между сопротивлениями электронного ключа 14 и подборных резисторов 13 переключателя диапазонов уровня напряжений 6, вследствие чего изменения входного сопротивления антенны 1 и сопротивления электронного ключа 14 переключателя диапазонов уровня напряжений 6 под воздействием дестабилизирующих факторов больше сказываются на общем входном сопротивлении устройства и приводят к большим разбросам расстояний от проводов ЛЭП до антенны 1, при которых появляется сигнал "Опасно", т.е. снижается стабильность чувствительности. Требуемое снижение входного сопротивление усилителя 5 в верхних диапазонах напряжений ЛЭП изменением сопротивлений подборных резисторов 13 переключателя диапазонов уровня напряжений 6 не обеспечивается из-за ограничения этой величины сопротивлением электронного ключа 14, и, таким образом, в верхних диапазонах напряжении ЛЭП чувствительность устройства оказывается выше необходимой.

Как видно из сравнения, чувствительность предлагаемого устройства в верхних диапазонах напряжений ЛЭП ниже, чем у прототипа, а стабильность чувствительности выше во всех диапазонах.

Обоснованность выбора соотношения диаметра основания шарового сегмента 7 и высоты выступающей части 9 диэлектрика 8, равным 4 1, подтверждается результатами экспериментальной проверки зависимости чувствительности антенны 1 от этого соотношения, приведенными в таблице.

Как видно из таблицы, изменение соотношения на 0,2 приводит к снижению чувствительности антенны на 10^oC18% что в свою очередь снижает стабильность чувствительности устройства в цепом и не обеспечивает требуемого снижения чувствительности устройства в верхнем диапазоне напряжений источников напряжения.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, например, для предупреждения персонала, обслуживающего передвижные механизмы с выносным стреловым оборудованием, о приближении частей механизма на опасное расстояние к проводам линий электропередачи (ЛЭП) переменного тока. Задача, решаемая изобретением, - высокая стабильность по чувствительности с одновременным понижением чувствительности в верхнем диапазоне напряжений источников напряжений. Устройство содержит по крайней мере одну антенну, сигнальный вход которой является входом устройства, а контрольный вход соединен с контрольным выходом генератора контрольных сигналов, синхронизирующий выход которого соединен с синхронизирующим входом формирователя выходных сигналов, измерительный вход которого соединен с выходом порогового устройства, сигнальный вход которого через усилитель соединен с выходом антенны и потенциальным выходом переключателя диапазонов уровня напряжений, содержащего регистр сдвига, электронный ключ, подборные резисторы и элемент ИЛИ, причем выходы регистра сдвига через подборные резисторы соединены с входами электронного ключа, а выход электронного ключа является потенциальным выходом переключателя диапазонов уровня напряжений. По крайней мере один выход старшего разряда регистра сдвига соединен со с входом элемента ИЛИ, выход которого является управляющим выходом переключателя диапазонов уровня напряжений, который соединен с опорным входом порогового устройства. В устройстве антенна выполнена в виде шарового металлического сегмента, заполненного твердым водонепроницаемым диэлектриком, выступающая из сегмента часть которого закреплена на металлическом основании, при этом диаметр основания шарового сегмента и высота выступающей части диэлектрика выбраны из соотношения 4 : 1. При этом повышается соотношение между входным сопротивлением усилителя и антенны, сопротивлением подборных резисторов и электронного ключа переключателя диапазонов уровня напряжении. Это позволяет повысить стабильность чувствительности устройства и снизить чувствительность в верхнем диапазоне напряжении источника опасного напряжения. 1 табл., 4 ил.

Устройство автоматической сигнализации об опасном напряжении, содержащее по крайней мере одну антенну, сигнальный вход которой является входом устройства, а контрольный вход соединен с контрольным выходом генератора контрольных сигналов, синхронизирующий выход которого соединен с синхронизирующим входом формирователя выходных сигналов, измерительный вход которого соединен с выходом порогового устройства, сигнальный вход которого через усилитель соединен с выходом антенны и потенциальным выходом переключателя диапазонов уровня напряжений, содержащего регистр сдвига, электронный ключ и подборные резисторы, причем выходы регистра сдвига через подборные резисторы соединены с входами электронного ключа, а выход электронного ключа является потенциальным выходом переключателя диапазонов уровня напряжений, отличающееся тем, что пороговое устройство выполнено с двумя входами, переключатель диапазонов уровня напряжений с двумя выходами, в который введен элемент ИЛИ, входы которого соединены по крайней мере с одним выходом старшего разряда регистра сдвига, а выход является управляющим выходом переключателя диапазонов уровня напряжений, который соединен с опорным входом порогового устройства, а антенна выполнена в виде шарового сегмента, заполненного твердым водонепроницаемым диэлектриком, выступающая из сегмента часть которого закреплена на металлическом основании, при этом диаметр основания шарового сегмента и высота выступающей части диэлектрика выбраны из соотношения 4 1.