УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО УЧЕТА УРОВНЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2000 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам контроля напряженности электрических полей, и может быть использовано для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека.

Обеспечение защиты персонала, подвергающегося воздействию электрических полей, например, полей промышленной частоты электроустановок напряжением 500 кВ и выше, предполагают либо периодический, либо постоянный контроль напряженности электрического поля в месте производства работ (расчистка трасс линий электропередачи 500 кВ, монтаж и демонтаж молниезащитных тросов, обслуживание электрооборудования на открытых распределительных устройствах и т. д.). В настоящее время применительно к открытым распределительным устройствам это достигается путем составления карт напряженности электрического поля. Следует отметить, что эти карты справедливы только на момент их составления, поскольку, например, изменение погодных условий вызывает существенные искажения картины напряженности электрического поля. Для линий электропередачи напряжением 500 кВ карты не составляются, а периодический контроль может быть осуществлен с помощью различных приборов, предназначенных для измерения напряженности электрического поля, например NFM-1. И карты напряженности, и приборы типа NFM-1 не обеспечивают индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека.

Известно дозиметрирующее устройство, предназначенное для измерения дозы воздействия поля на организм человека (Обзорная информация. Энергетика и электрификация. Сер.: Линии электропередачи и подстанций, сельская электрификация. Вып. 2 "Защита от электрических полей в электроустановках". - М., Информэнерго, 1980, с.41-46), которое содержит последовательно соединенные антенный датчик напряженности электрического поля, усилитель и измеритель, состоящий из преобразователя напряжение - частота и счетчика импульсов. С выхода антенного датчика напряжение, пропорциональное напряженности электрического поля, поступает на вход усилителя. Напряжение с выхода усилителя подается на вход преобразователя "напряжение - частота", который генерирует импульсы с частотой, пропорциональной выходному напряжению усилителя и напряженности поля на входе датчика. С выхода преобразователя импульсы поступают на счетчик импульсов. Число импульсов, поступивших на счетчик за время t, соответствует выражению

Поскольку частота импульсов f пропорциональна напряженности поля, т.е.

f = k • E,
можно записать
кВ/м•ч.

Таким образом, число импульсов N, отсчитанных за время t, будучи умножено на коэффициент k, показывает дозу воздействия поля, выраженную в кВ/м•ч, за то же время.

Недостатком этого устройства является то, что оно не учитывает погрешности, обусловленной видом амплитудно-частотной характеристики антенного датчика электрического поля в сочетании с усилителем сигнала этого датчика, что может приводить к существенным ошибкам измерений напряженности электрического поля. Кроме того, согласно ГОСТ 12.1.002-84 (ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах) воздействие на организм человека электрического поля с напряженностью 5 кВ/м и менее не должно учитываться при оценке указанного воздействия, в то время как рассматриваемое устройство не предусматривает возможности исключения измерений при напряженности электрических полей, не превышающей по величине 5 кВ/м.

В основу изобретения положена задача создать такое устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека, которое позволит устранить (скомпенсировать) погрешности, связанные с неидеальностью частотных свойств антенного датчика электрического поля и усилителя тока, а также исключить учет воздействия полей, напряженность которых не превышает 5 кВ/м.

Для решения указанной задачи устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека содержит последовательно включенные антенный датчик электрического поля, усилитель тока, амплитудный детектор и измеритель, в состав которого входят преобразователь напряжение - частота (ПНЧ), выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, а выход счетчика подключен ко входу дешифратора, последовательно соединенного с индикатором. Согласно изобретения устройство снабжено звеном частотной коррекции, вход которого подключен к выходу усилителя тока, а выход - ко входу амплитудного детектора, и пороговым элементом, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - со вторым входом счетчика импульсов.

Отличительной особенностью заявленного устройства является то, что оно измеряет интегральный уровень воздействия на организм человека электрического поля, при этом в соответствии с ГОСТ 12.1.002-84 измерение автоматически осуществляется, если напряженность поля составляет более 5 кВ/м, а поле с напряженностью от 0 до 5 кВ/м не учитывается, что достигается за счет введения нового блока - порогового элемента. Показания прибора при напряженности поля более 5 кВ/м прямо пропорциональны величине

где E - текущая величина напряженности электрического поля;
k - коэффициент, учитывающий индивидуальные антропометрические данные конкретного работника, k = 0,8...1,2;
t - время, в течение которого работник подвергается воздействию поля с напряженностью свыше 5 кВ/м, 0 < t < 8 ч.

Последовательно включенные антенный датчик электрического поля и усилитель тока при совместной работе обладают амплитудно-частотной характеристикой, которая может приводить к значительным погрешностям измерений. Для устранения этого нежелательного явления в схему прибора добавлено звено частотной коррекции. Применение этого звена позволяет скорректировать частотные свойства антенного датчика электрического поля и усилителя тока таким образом, что погрешность измерений не растет с увеличением частоты воздействующего электрического поля. Это позволяет осуществлять учет уровня воздействия электрических полей с широким частотным спектром.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом, на котором дана структурная схема устройства для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека.

На чертеже обозначены:
1 - антенный датчик электрического поля;
2 - усилитель тока;
3 - звено частотной коррекции;
4 - амплитудный детектор;
5 - пороговый элемент;
6 - преобразователь напряжение - частота;
7 - счетчик импульсов;
8 - дешифратор;
9 - индикатор.

Устройство работает следующим образом. Переменное электрическое поле, воздействуя на антенный датчик 1, представляющий собой две плоские проводящие пластины, расположенные параллельно друг другу и разделенные слоем диэлектрика, создает в нем ток, пропорциональный величине напряженности воздействующего поля. Полученный сигнал переменного тока поступает на вход блока усилителя тока 2, имеющего входное полное сопротивление, близкое к нулю. На выходе усилителя формируется сигнал напряжения, кратный величине входного тока. Напряжение с выхода усилителя тока поступает на звено частотной коррекции 3, учитывающее особенности частотных свойств антенного датчика и усилителя тока и повышающее точность измерений. После звена частотной коррекции сигнал подается на вход амплитудного детектора 4, который преобразует входное переменное напряжение в постоянное с величиной, равной амплитуде входного напряжения. Полученный сигнал, пропорциональный напряженности поля, поступает на вход порогового элемента 5, которое блокирует измерения, если величина сигнала напряжения на входе порогового элемента ниже заданной величины, соответствующей напряженности поля 5 кВ/м. Напряжение с выхода амплитудного детектора поступает также на вход преобразователя напряжение - частота (ПНЧ) 6. На выходе ПНЧ формируется переменное напряжение прямоугольной формы с частотой, кратной входному сигналу, и, таким образом, кратной измеряемой напряженности поля. Переменное напряжение с выхода ПНЧ поступает на цифровой счетчик импульсов 7, выходы которого подключены через дешифратор 8 к знакосинтезирующему индикатору 9, который отображает число импульсов, поступивших на вход счетчика за время измерения t, 0 < t < 8 ч. Счетчик помимо основного входа имеет также вход запрета счета, который подключен к выходу порогового элемента. При помощи этой связи осуществляется запрет измерений при напряженности электрического поля менее 5 кВ/м. Количество импульсов, поступивших на вход счетчика за время t и отображаемое индикатором в виде числа, является количественной оценкой уровня воздействия электрического поля на организм человека, выраженного непосредственно в кВ•ч/м.

Промышленная применимость
Изобретение может быть использовано при организации работ, выполняемых, например, вблизи электроустановок напряжением 500 кВ и выше. Указанными устройствами должны обеспечиваться, например, лица оперативного, ремонтного и линейного персонала на период ведения работ вблизи электроустановок напряжением 500 кВ и выше. Этот персонал по показаниям предлагаемого устройства имеет возможность контролировать продолжительность своего пребывания в зонах с напряженностью электрического поля свыше 5 кВ/м.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить защиту персонала от вредного воздействия электрического поля путем учета уровня этого воздействия.

Устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека содержит последовательно включенные антенный датчик электрического поля и усилитель тока, амплитудный детектор и измеритель, причем в состав последнего входят преобразователь напряжение - частота, выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, а его выход, в свою очередь, подключен ко входу дешифратора, соединенного последовательно с индикатором. Оно снабжено звеном частотной коррекции, вход которого подключен к выходу усилителя тока, а выход - ко входу амплитудного детектора, и пороговым элементом, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - со вторым входом счетчика импульсов. Технический результат заключается в устранении погрешностей, связанных с неидеальностью частотных свойств антенного датчика и усилителя тока, исключении учета воздействия полей, напряженность которых не превышает 5 кВ/м. 1 ил.

Устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека, содержащее последовательно включенные антенный датчик электрического поля и усилитель тока, амплитудный детектор и измеритель, причем в состав последнего входят преобразователь напряжение-частота, выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, а его выход, в свою очередь, подключен ко входу дешифратора, соединенного последовательно с индикатором, отличающееся тем, что оно снабжено звеном частотной коррекции, вход которого подключен к выходу усилителя тока, а выход - ко входу амплитудного детектора, и пороговым элементом, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - со вторым входом счетчика импульсов.