Индукционный прибор для определения мест повреждения изоляции кабелей в шахтах, опасных по взрыву газа или пыли Советский патент 1959 года по МПК G01R31/08 

Существующие приборы для определения места повреждения п силовых кабелях шахт, опасных по взрыву газа и пыли, обычпо осиовываются па индукционном принципе. Этот принцип заключается в том, что кабель, отключенный от сети и потребителей, питается через место повреждения испытательным током от специального портативного, обычно электронного генератора звуковой частоты. Возникающее при этом вокруг кабеля переменное магнитное поле наводит в наложенной на кабель рамке Э.Д.С., которая затем усиливается электронным усилителем до уровня, достаточного для приведеппя в действие индикатора.

Чаще всего индикатором является электромагнитный или пьезоэлектрический телефон. В случае глухого короткого замыкания, например, между жилами кабеля, ток в кабеле существует только на участке между пунктом пптания его испытательным током и местом повреждения- Исчезновение звука в телефоне при переносе рамки через место повреждения позволяет весьма точно определить это место. Однако чаще всего сопротивление в месте повреждения отлично от нуля и измеряется тысячами ом. Прожигание кабеля, с целью уменьшить это .сопротивление, во взрывоопасной атмосфере газовой шахты запрещено Правилами безопасности. Кроме того, эта операция нежелательна еще и потому, что она усложняет метод, удорожает и делает более громоздкой аппаратуру, увеличивает время, необходимое для отыскания места повреждения.

Органическим недостатком известных приборов этого типа является совершенно недостаточная для современных шахт длина кабеля, доступная обследованию. Так как кабель обладает довольно значительной емкостью, распределенной по всей его длине, то при отсутствии поврел № 123613

дения в нем величина тока (емкостного) является наибольшей в начале кабеля (в пункте присоединения испытательного генератора) и равна нулю в конце его. Если емкость кабеля равномерно распределена по его длине, то также равномерно убывает величина тока в кабеле от начала к концу его по закону прямой линии. В поврежденном кабеле на емкостный ток If накладывается не зависящий от длины кабеля ток утечки 1у. Так как величина магнитного поля вокруг кабеля прямо-пропорциональна величине тока в данной точке, то место повреждения можно обнаружить прибором, способным отметить разницу между I у и / вблизи места повреждения. Эта разница тем меиьгпе, чем большедлина обследуемого кабеля и чем ближе к пункту питания находится место повреждения. Эта разница становится еше меньше потому, что общий ток, посылаемый генератором, ни при каких условиях ие должен иревыщать допустимой по условиям искробезопасности величины ом. Следовательно, увеличение тока / с увеличением длины кабеля уменьшает долю тока / у в общем токе.

При этих условиях обнаружить на слух величину -/ невозможно уже при длине кабеля в 250 м.

Для того, чтобы прибор четко реагировал на разность токов I у-I в месте повреждения кабеля, в качестве приемного органа, накладываемого на кабель, предлагается применить дифференциальную рамку, состоящую из двух одинаковых катушек, соединенных последовательно и навстречу друг другу. При наложении рамки на питаемый испытательным током кабель вдали от места повреждения э.д.с. на концах равно Ер 0.

Когда рамка находится своей серединой над местом иовреждения, в обеих ее катушках создаются неравные э.д.с. При этом в катушке, лежан;ей перед местом повреждения (считая от пункта питания), наводится э.д.с., равная /: yVfcD /, где М- взаимоиндуктивность между катушкой и кабелем, со - угловая частота испытательного тока;

J yPy-}-Pf.- общий ток кабеля на участке, занятом первой катушкой. В то же время э.д.с., наводимая во второй катушке (при идентичности изготовления и расположения катушек), определяется из следующего выражения: )4, где / -емкостный ток кабеля на участке, занятом второй катушкой. Обн;ая э.д.с. всей рамки, находян1.ейся над

местом повреждения, равна Е. о (7- 4)/И со 7.

Таким образом, дифференциальная рамка устраняет мешающее влияние емкостных токов кабеля.

Легко можно показать, что применение дифференциальной рамки открывает возможность значительного увеличения частоты испытательного тока.

Требовапия искробезопасности внешних (вне взрывобезопасных оболочек, в которые заключены приборы) цепей ограничивает, как уже упоминалось, испытательный ток величиной / 10 ма. В то же время токи помех от соседних работающих кабелей, аппаратов и машин могут в тысячи раз превышать величину испытательного тока, что исключает возможность применения для борьбы с помехами методов, основанных на разности амплитуд токов помехи, и полезного сигнала в пользу последнего.

Наиболее эффективным средством борьбы является в данном случае применение резонансного усилителя, на вход которого подается э.д.с. Ер от рамки, также настроенной в резонанс.

Нетрудно видеть, что чем больше разница между частотами исиытательного тока и помехи, тем более просто осуществляется подавление помех.

В качестве индикатора в предлагаемом приборе предлагается применить сигнальную неоновую ламну, обладающую рядом преимуществ перед телефоном. В частности, она не нуждается в выходном трансформаторе; пока приемная рамка не находится над местом повреждения, лампа не горит и потому не ухудшает добротности колебательного контура, к которому она присоединена; усилитель с неоновым индикатором сообщаете с внешней атмосферой (электрически) только через входные цепи, где можно создать весьма высокую степень искробезопасности последовательным включением конденсаторов.

На чертеже представлена приициниальная электрическая .схема предлагаемого прибора. Трехкаскадный уснлите.ть имеет автономное питаугие от сухих батарей для анодных цепей и для цепей накала и заключен во взрывоненроницаемую оболочку. Нервые два каскада уснлнтеля - емкостно-реостатные, оконечный каскад - резонансный. Сопротивление и конденсатор С состав;1яют развязывающий фильтр для устранения самовозбуждения от связн через цепи питания. Сопротивления и образуют потенциометр, служащий для подачи на индикатор - неоновую лампу - постоянного нанряжения около 38в, меньшего, чем напряжение зажигания неоновой лампы НЛ. Такая схема включения индикатора позволяет значительно уменьип1ть напряжение на выходе усилителя, необходимое для зажигания ламны, когда рамка окажется над .местом повреждения.

Напряжение на вход усилителя подается от дпфференциально рамки ДР, состоящей из двух одинаковых прямоугольных катушек. Обе бескаркасные катушки изогнуты под углом 90° посередине ширины по плоскости катушки. Такой изгиб нужен для того, чтобы смонтирозаншя в неметаллическом каркасе рамка, перемендаемая по кабелю, не изменяла своего положения относительно кабеля.

Нрименение вместо простой одинарной рамки (одиночной катушки) дифференциальной рамки, э.д.с. которой не равна нулю только над местом повреждения, исключает влияние емкостных токов кабеля и обеспечивает получение наводимой в рамке э.д.с., пропорциональной только току утечки.

Таким образом, разность 1магнитных полей слева н справа от места повреждения определяется не по субъективному ощуиленню человека, а по прибору, объективно реагирующему только на эту разность. Ноэгому прибор пригоден для определения места поврсл дения в кабелях большой длины (3-5 км).

Применение вместо емкостно-реостатного усилителя усилителя с резонансным каскадом нозволяет, вследствие острой резонансно кривой такого усилителя, полностью нодавить промышленные и радиономехи н сильно уменьшить микрофонный эффект в усилителе.

Нримеиение вместо телефона оптического индикатора (неоповой лампы) повышает взрывобезопасность нрибора, обеспечивает объективность измерения и упрощает пользование прибором.

Предмет изобретения

Индукционный прибор для определеиия мест повреждения изоляции кабелей в шахтах, опасных по взрыву газа и пыли, имеющий перемещаемую вдоль питаемого испытательным переменным током кабеля рамк}, соединенную через усилитель с индикатором, отличающийся тем.

что, с целью повышения точности измерения, возможности увеличения измеряемой длины кабеля, а также защиты от влияния производственных шумов и радиопомех, указанная рамка выполнена дифференциальной, усилитель имеет резонансный выходной каскад, а в качестве индикатора применена газоразрядная лампа.