УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО УЧЕТА УРОВНЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2002 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 [1]. И карты напряженности, и приборы типа NFM-1 не обеспечивают индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека.

Известно устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека, предназначенное для измерения экспозиции (количественной характеристики интенсивности и продолжительности вредного фактора) электрического поля индивидуально для каждого работника [2. ..3]. Устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека [3] содержит последовательно включенные антенный датчик электрического поля и усилитель тока, звено частотной коррекции, амплитудный детектор, измеритель, в состав последнего входят преобразователь "напряжение - частота" (ПНЧ), выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, а его выход, в свою очередь, подключен ко входу дешифратора, соединенного последовательно с индикатором и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - со вторым входом счетчика импульсов.

С выхода антенного датчика напряжение, пропорциональное напряженности электрического поля, поступает на вход усилителя. На выходе усилителя формируется сигнал напряжения, кратный величине входного тока. Напряжение с выхода усилителя тока поступает на звено частотной коррекции, учитывающее особенности частотных свойств антенного датчика и усилителя тока и повышающее точность измерений. После звена частотной коррекции сигнал подается на вход амплитудного детектора, который преобразует входное переменное напряжение в постоянное с величиной, равной амплитуде входного напряжения. Полученный сигнал, пропорциональный напряженности поля, поступает на вход порогового элемента, 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). 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. Число импульсов, поступивших на счетчик за время t, соответствует выражению

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

f=k•E,
можно записать

где Е - 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.

Выходы счетчика подключены через дешифратор к знакосинтезирующему индикатору, который отображает число импульсов, поступивших на вход счетчика. 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.

Недостатком этого устройства является то, что измеряемое им значение экспозиции электрического поля не несет достоверной информации о степени воздействия электрического поля на организм человека, поскольку предельное допустимое значение экспозиции согласно [1] уменьшается с ростом напряженности более чем в 4 раза. Таким образом, осуществлять такой контроль экспозиции электрического поля абсолютно бесполезно.

В основу изобретения положена задача создать такое устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека, которое позволит устранить недостатки прототипа, а именно получить информацию о приведенном времени пребывания человека в электрическом поле, эквивалентном по биологическому эффекту пребыванию в электрическом поле нижней границы измеряемой напряженности (ч).

Согласно [1] приведенное время при изменении напряженности электрического поля от 5 до 20 кВ/м может быть рассчитано по формуле

где Те - допустимое время пребывания в электрическом поле с текущей напряженностью может быть рассчитано по формуле [1]

При напряженности электрического поля от 20 до 25 кВ/м время пребывания персонала не должно превышать 10 мин. Пребывание в электрическом поле более 25 кВ/м без применения защиты не допускается. Пребывание в электрическом поле ниже 5 кВ/м допускается в течение всего рабочего дня.

Для решения вышеуказанной задачи устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека, содержащее последовательно включенные антенный датчик электрического поля и усилитель тока, звено частотной коррекции, амплитудный детектор, измеритель, включающий преобразователь "напряжение - частота" (ПНЧ), выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, а выход последнего, в свою очередь, подключен ко входу дешифратора, соединенного с индикатором, и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - со вторым входом счетчика импульсов, согласно изобретению снабжено блоком вычисления величины, обратной допустимому времени пребывания в электрическом поле с текущей напряженностью, подключенным входом к выходу амплитудного детектора, а выходом - к преобразователю "напряжение - частота".

Отличительной особенностью заявляемого устройства является введение нового блока, обеспечивающего возможность оценки приведенного времени, эквивалентного по биологическому эффекту пребыванию в электрическом поле нижней границы измеряемой напряженности, которое согласно ГОСТ связано со степенью воздействия электрического поля на организм человека. Оно позволяет определить приведенное время пребывания человека в электрическом поле, при этом в соответствии с [1] осуществляется интегрирование величины, обратной допустимому времени пребывания в электрическом поле с текущим уровнем напряженности. Показания прибора при напряженности поля от 5 до 20 кВ/м прямо пропорциональны величине

где Е - 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.

Поскольку при напряженности поля от 20 до 25 кВ/м нормируется не экспозиция, а время пребывания в зоне действия поля, показания прибора в этом диапазоне напряженности прямо пропорциональны величине

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на фиг.1 дана структурная схема устройства для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека;
на фиг. 2 - диаграмма изменения предельно допустимой экспозиции в зависимости от величины напряженности электрического поля;
на фиг. 3 - диаграмма изменения величины, обратной допустимому времени пребывания в электрическом поле с текущим уровнем напряженности.

Устройство содержит последовательно включенные антенный датчик электрического поля 1, усилитель тока 2, звено частотной коррекции 3, амплитудный детектор 4. В состав устройства входит пороговый элемент 5, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - со вторым входом счетчика импульсов. В устройство введен блок вычисления величины, обратной допустимому времени пребывания в электрическом поле с текущей напряженностью 6, подключенным входом к выходу амплитудного детектора, а выходом - к преобразователю "напряжение - частота". Устройство содержит также последовательно включенные преобразователь "напряжение - частота" (ПНЧ) 7, счетчик импульсов 8, дешифратор 9, индикатор 10.

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 блока вычисления величины, обратной допустимому времени пребывания в электрическом поле с текущей напряженностью 6. На его выходе формируется напряжение, обратно пропорциональное допустимому времени пребывания в электрическом поле с текущей на данный момент напряженностью. Напряжение с выхода блока вычисления величины, обратной допустимому времени пребывания в электрическом поле с текущей напряженностью, поступает на вход преобразователя "напряжение - частота" (ПНЧ) 7. 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 8, выходы которого подключены через дешифратор 9 к знакосинтезирующему индикатору 10, который отображает число импульсов, поступивших на вход счетчика за время 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.

Пример конкретной реализации. Выше отмечалось, что для оценки действия электрического поля на человека недостаточно простого измерения интеграла напряженности во времени - необходимо учитывать уменьшение предельно допустимого значения этого интеграла с увеличением напряженности. Так экспозиция в 30 кВ•ч/м может быть безвредна для здоровья персонала, работающего в зоне действия электрического поля напряженностью 5 кВ/м (предельно допустимая экспозиция 40 кВ•ч/м), и опасна при работе в зоне действия с напряженностью 20 кВ/м (предельно допустимая экспозиция 10 кВ•ч/м). Кроме того, согласно [1] время пребывания человека в поле с напряженностью от 20 до 25 кВ/м не должно превышать 10 минут, т.е. нормируется время, а не экспозиция (на этом участке допустимая экспозиции возрастает с ростом напряженности). Исходя из этого, на индикаторе прибора высвечивается информация не об экспозиции электрического поля в кВ•ч/м, а приведенное время пребывания человека в электрическом поле, эквивалентное по биологическому эффекту пребыванию в электрическом поле нижней границы измеряемой напряженности (5 кВ/м) в часах. При этом информация, выраженная цифрой "8" и более на индикаторе, свидетельствует о том, что отрицательные изменения в организме работника могут нести необратимый характер, а информация, выраженная цифрой менее "8" показывает, что отрицательные изменения здоровья работника обратимы и, как правило, организм восстанавливается за время отдыха между сменами.

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.

Источники информации
1. ССБТ. ГОСТ 12.1.002 - 84. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах.

2. Обзорная информация. Энергетика и электрификация. Сер.: Линии электропередач и подстанций, сельская электрификация. Вып.2 "Защита от электрических полей в электроустановках." -М.: Информэлектро, 1980, с.41-46.

3. Гареев М. В., Сидоров А.И., Окраинская И.С., Куфельд В.И. Патент RU 2149415, G 01 R 29/08, Устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека, опубликовано 20.05.2000, БИ 14.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля напряженности электрических полей. Устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека содержит антенный датчик электрического поля, усилитель тока, звено частотной коррекции, амплитудный детектор, измеритель и блок вычисления величины, обратной допустимому времени пребывания в электрическом поле с текущей напряженностью. Достигаемым техническим результатом является получение информации о приведенном времени пребывания человека в электрическом поле, эквивалентном по биологическому эффекту пребыванию в электрическом поле нижней границы измеряемой напряженности. 3 ил.

Устройство для индивидуального учета уровня воздействия электрического поля на организм человека, содержащее последовательно включенные антенный датчик электрического поля, усилитель тока, звено частотной коррекции, амплитудный детектор и измеритель, в состав которого входят преобразователь напряжение - частота, выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, а выход последнего, в свою очередь, подключен ко входу дешифратора, соединенного с индикатором, и пороговый элемент, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, а выход - со вторым входом счетчика импульсов, отличающееся тем, что оно снабжено блоком вычисления величины, обратной допустимому времени пребывания в электрическом поле с текущей напряженностью, подключенным входом к выходу амплитудного детектора, а выходом - к преобразователю напряжение - частота.