Устройство для уточнения места электрического пробоя изоляции кабеля Советский патент 1986 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электрозмерительной технике и может быть спользовано для обнаружения места ониженной электрической прочности золяции кабеля, расположенного в грунте.

Цель изобретения - повышение достоверности обнаружения места путем увеличения помехозащищенности.

На фиг. 1 представлена схема передающей части устройства; на фиг. 2 - схема приемной части устройства; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 4 - схема детектора экстремума, вариант; на фиг. 5 - схема блока нормирования сигналов, вариант .

Устройство содержит в передающей части (фиг. 1) последовательно соединенные блок 1 питания, блок 2 установки величины высокого.напряжения, высоковольтный преобразователь 3, первый переключатель А, блок 5 накопительных конденсаторов, первую выходную клемму 6, кроме того, индикатор 7 выходного напряжения, соединенный с выходной клеммой 6, делитель 8 напряжения, детектор 9 экстремума, включающий в себя последовательно соединенные дифференцирующий элемент 10 и первьй формирователь 11 импульсов, первый триггер 12, генератор 13, первый ключевой элемент 14, согласующий усилитель 15, вторую вьсходную клемму 16, второй счетчик 17, формирователь 18 импульсов сброса, второй переключатель 19, делитель 20 частоты; в приемной части (фиг. 2) - последовательное соединенные первый преобразователь 21, первый усилитель 22-, кроме того, первый блок 23 нормирования сигнала временной селектор 24, первый счетчик 25, блок 26 оперативной памяти, формирователь 27 временного интервала, цифровой индикатор 28, последовательно соединенные второй преобразователь 29 и второй усилитель 30, второй блок 31 нормирования сигнала, элемент И 32, второй триггер 33, блок 34 выделения пер- вого импульса, включающий в себя последовательно соединенные формирователи 35 и 36 импульсов.

Второй блок 31 нормирования сигнала включает в себя выделитель 37 модуля и первый пороговый элемент

, 10

15

20

25

78737«

38, временной селектор 24 включает в себя последовательно соединенные дифференцирующий элемент 39,; селектор 40 частоты, второй поро.говый 5 элемент 41, сумматор 42, электроакустический преобразователь 43. Детектор 9 экстремума (фиг. 4) может быть вьшолнен как последовательно соединенные пиковый детектор 44 и первый компаратор 45, а также ключевой элемент 46, вход которого соединен с выходом триггера 12, а выход - со вторым входом пикового детектора 44, второй вход которого является входом блока 9 и соединен со вторым входом компаратора 45, выход которого является выходом блока 9.

Блок 23 нормирования сигнала (фиг. 5) содержит второй 47 и третий 48 компараторы, первые входы которых объединены и соединены с входом блока 23, а вторые входы соединены с соответствующими разнополяр- ными Ьходами источника 49 опорного напряжения, выходы компараторов 47 и 48 через элемент ИЛИ 50 соединены с выходом блока 23.

Выход согласующего усилителя 15 соединен со второй выходной клеммой 16, первьй 4 и второй 19 переключатели связаны между собой механически5 выход блока 5 накопительных конден-. саторов через последовательно соединенные делитель 8 напряжения и детектор 9 экстремума соединен с установочным входом триггера 12, выход которого соединен с управляющим входом первого ключевого элемента 14, выход которого соединен.со счетным входом второго счетчика 17 и первым входом согласующего усилителя 15, выход второго счетчика 17 через формирователь 18 импульсов сброса соединен с входами сброса счетчика 17 и первого триггера 12. Выход первого усилителя 22 через последовательно соединенные первьй блок 23 нормирования сигнала и временной селектор 24 соединен со счетным входом первого г счетчика 25 и входом блока 34 вьще- Ленин первого импульса, выход которого соединен с установочным входом второго триггера 33 и с входом сброса счетчика 25, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами формирователя 27 вре- менного интервала и блока 26 оперативной памяти, выходы которого сое30

35

40

45

50

55

динены с входами цифрового индикатора 28, выход второго усилителя 30 через второй блок 3.1 нормирования сигнала соединен с первым входом элемента И 32, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом второго триггера 33 и выходом формирователя 27 временного интервала, выход элемента И 32 сое

динен с входом сброса второго триг гера 33 и входом записи блока 26 оперативной памяти, выходы усилителей 22 и ,30 соединены через сумматор 42 с входом электроакустическог преобразователя A3.

Устройство работает следующим образом.

После определения известными методами, например с помощью кабельного моста, границ участка вдоль трассы кабеля, в пределах которого понижено сопротивление изоляции кабеля, первый оператор в доступном месте (в НУПе или в вскрытой муфте) подключает (фиг. 1) выходные клеммы передающей части к кабелю: клемму 6 - к элементам конструкции кабеля с пониженной электрической прочностью изоляции, клемму 16 - к незадействованной паре, или к жиле или оболочке кабеля и земле.

При включении передающей части

устройства происходит сброс счетчика 17 и установка триггера 12 в состояние, при котором его выходной си нал размыкает ключевой элемент 14. Переключатели 4 и 19 устанавливаютс в верхнее (фиг. 1) положение. При этом непрерьганый сигнал генератора 13 частотой f/., равной нескольким дсяткам килогерц, поделенный делителем 20 с коэффициентом деления m до частоты звукового диапазона, через согласующий усилитель 15 поступает с выходной клеммы Т6 в кабель (фиг. За).

При движении второго оператора вдоль трассы к участку с пониженной электрической прочностью изоляции кабеля переменное электромагнитное поле, окружающее кабель, воспринимается преобразователем 21 приемной части (фиг. 2), усиливается усилителем 22 и индицируется акустически индикатором 43. Наибольший уровень акустического сигнала соответствует расположению преобразователя 21 на .поверхности грунта точно над кабеле

ы 5 О

15

20

25

о

г-я ем.

40

45

50

55

что позволяет оператору следовать по трассе кабеля.

По достижении предварительно определенного участка повреждения кабеля второй оператор устанавливает на грунт преобразователь 29 и сигнализирует (например, оптически) первому оператору о необходимости подачи в кабель испытательного напряжения.

Первый оператор, установив с помощью блока 2 величину высокого напряжения в соответствии с техническими условиями на кабель, переводит переключатели 4 и 19 в нижнее положение. При этом (фиг. За) прекрал5а- ется подача в кабель низкочастотного сигнала, одновременно накопительные конденсаторы блока 5 заряжаются до напряжения, при котором в месте пониженной электрической прочности изоляции кабеля возникает искровой пробой. Отраженная волна тока пробоя, достигая передающей части .устройства, приводит к резкому падению напряжения на его,выходной клемме 6 и соответственно на выходах блока 5 и делителя 8 напряжения (фиг. 36).

Дифференцирующий элемент 10 выделяет момент времени, соответствующий экстремальному значению величины напряжения на выходе блока 5, в результате чего на выходе формирователя 11 и детектора 9 возникает импульсный сигнал (фиг. Зв), устанавливающий триггер 12 в состояние, при котором его выходной сигнал (фиг. Зг).замыкает ключевой элемент 14. При этом выходной сигнал генератора 13 через элемент 14 и согласующий усилитель 15 поступает на клемму 16 (фиг. За).

С выхода ключевого элемента 14 сигнал генератора 13 поступает на счетный вход счетчика 17, максимальная емкость которого N . При пере полнении счетчика 17 его выходкой сигнал через формирователь 18 импульсов сброса сбрасывает счетчик 17 и возвращает триггер 12 в исходное состояние, при котором ключевой элемент 14 разомкнут.

Таким образом, начиная с момента времени t, соответствующего экстремальному значению напряжения на конденсаторах блока 5, с клеммы 16 в

кабель поступает N периодов сигнала частотой f

г

При резком уменьшении показаний индикатора 7, возникакяцем при искровом пробое, первьй оператор устанавливает переключатели 4 и 19 в верхнее положение, при этом возобновляется подача низкочастотного сигнала в кабель, сигнализирующая второму оператору об искровом пробое изоляции кабеля.

Электрический сигнал частотой f принимается и усиливается соответственно преобразователем 21 и усилителем 22 приемной части (фиг. Зд). Далее выделитель 37 модуль вьщеля- ет абсолютную величину поступающего на вход блока 23 сигнала. Если мгновенное значение сигнала превьшает порог Up срабатывания порогового элемента 38, он формирует импульс с нормированной амплитудой. В результате исключается прием сигналов электромагнитных помех (ЭП), амплитуды которых менее порога срабатывания элемента 38.

Последовательность импульсов с нормированной амплитудой (фиг. Зе) с выхода блока 23 поступает в селектор 24, в котором дифференцирующий элемент 39 вьщеляет фронты им- пульсов (фиг. Зж), а селектор 40 частоты следования и пороговый элемент 41 с пороговым напряжением U пропускают на выход селектора 24 только те импульсы, частоты следования которых F равна удвоенной частоте f генератора 13. Импульсные последовательности на выходах селектора 40 и элемента 41 показаны на фиг. 3 3 и Зи соответственно, причем последняя содержит () импульсов. Сигналы импульсных ЭП, регулярное повторение которых с частотой следования f маловероятно, на выходе селектора 24 отсутствуют.

Формирователь 35 при поступлении на его вход.первого импульса последовательности (фиг, Зи) формирует импульс (фиг. Зк) длительностью t, , большей, чем время передачи передающей частью сигнала частотой f , то есть t ° фронту этого импульса на выходе формирователя 36 формируется импульс малой длительности t (фиг. 3л), которьй устанавливает счетчик 25 и триггер 33 в исходные состояния, после чего на

787376

чинается счет счетчиком 25 числа импульсов последовательности, поступающей на его счетный вход. Текущая информация о числе поступивших на

5 вход счетчика 25 импульсов в виде параллельного кода по шинам данных поступает на информационные входы блока 26 и формирователя 27 временного интервала.

Возникший при искровом пробое в кабеле акустический сигнал (АС) воспринимается преобразователем 29, преобразуется им в электрический сигнал и усиливается усилителем 30

(фиг. 3м). Далее в блоке 31 выделитель 37 модуля выделяет абсолютную величину сигнала (фиг. Зн), и порого- вьй элемент 38 из первой полуволны формирует одиночный импульс (фиг. Зо),

20 поступающий с выхода блока 31 на первьй вход трехвходового элемента И 32. Вьщеление абсолютной величины АС повьш1ает точность регистрации момента времени t, соответствующего фронту первой полуволны сигнала, независимо от ее полярности.

Для повьшения достоверности работы устройства регистрация приема АС искрового пробоя с учетом запазды вания момента t его приема относительно момента t пробоя осуществляется только во временном интервале , ограниченном пределами t .,, и

-амакс

35 Значение нижнего предела определяется минимальным временем достижения акустической волной искрового пробоя поверхности грунта

t -аммн Va

где h - глубина залегания кабеля в

грунте, м;; V - скорость распространения

акустической волны в грунте (У й4000 м/с). Значение верхнего предела определяется принятой ДД1Я приемной части зоной ограничения искрового про- боя

/

/

R2

МО-КС

+h

где R - наибольший радиус зоны ограничения искрового пробоя, м.

Однако, если АС пробоя принят в момент времени , регистрация всех последукицих принятых АС исключена. Пределы временного интервала Atj регистрации АС установлены соответствующим алгоритмом работы формирователя 27, элемента И 32 и триггера 33.

Очевидно, что время, отсчитываемое от момента t, численно равно произведению числа введенных в счетчик 25 импульсов на период повторения этих импульсов. Текущая информация об этом времени в виде цифрового кода с информационных выходов счетчика 25 по шинам данных поступает на соответствующие входы блока 26 и формирователя 27, который из кода текущего времени формирует разрешающий сигнал (фиг. Зп), поданный на второй вход элемента1 32. Длительность этого сигнала ограничена пределами временного интервала и t

амйис л мин

Сигнал разрешения прохождения через элемент И 32 только первого импульса АС (фиг. Эр) формируется триггером 33 и с его выхода поступает на третий вход элемента И 32.

Только при совпадении во времени сигналов на трех входах элемента И 32 его выходной импульс (фиг. Зо) поступает на вход записи блока 26 оперативной памяти. При этом текущая информация о времени, прошедшем с момента t,, фиксируется блоком 26 и индицируется в цифровом виде индикатора 28.

Одновременно выходным импульсом элемента 32 триггер 33 устанавливается в исходное состояние, и его выходной сигнал запрещает дальнейшее прохождение АС через элемент 32.

Если по какой-либо причине АС искрового пробоя преобразователем 29 не воспринят, разрешающий сигнал на третьем входе элемента И 32 присутствует. В то же время счетчик 25, емкость которого N 2N , отсчитав N, импульсов, переполняется и начинает новый цикл счета, в процессе которого он подсчитывает (2N -N,)-N импульсов. Такого числа импульсов недостаточно для формирования на выходе счетчика 25 кода, по которому формирователь 27 формирует разрешающий сигнал, отсюда исключена возможность формирования на выходе элемента И 32 ложных импульсов, чем увеличивается помехозащищенность и по- вьш1ается достоверность приема АС искрового пробоя.

При возникновении последующего искрового пробоя цикл измерения времени запаздывания АС пробоя повторяется.

г При определенном выборе значения частоты генератора 13 индикатор 28 индицирует расстояние S до места искрового пробоя.

Большая точность измерения может

O быть достигнута при перемещении преобразователя 29 в пределах зоны обнаружения по трассе кабеля в направлении искрового пробоя до получения минимального показания цифрового

5 индикатора, соответствующего глубине залегания кабеля.

В варианте выполнения детектора экстремума (фиг. 4) при заряде накопительных конденсаторов блока 5

0 (фиг. 36) по экспоненциальному закону возрастает напряжение на выходе пикового детектора 44 и на обоих входах компаратора 45. При резком падении напряжения на накопитель-

5 ных конденсаторах в момент времени tg на выходе компаратора 45 возникает перепад напряжения, устанавливающий триггер 12 в состояние, при котором его выходной сигнал замыкает

0 ключевой элемент 46. При этом пиковый детектор 44 сбрасывается, и на выходе, компаратора 45 заканчивается формирование импульса (фиг. Зв). В варианте выполнения блоков 23

5 и 31 нормирования сигнала (фиг. 5) при равенстве мгновенного значения напряжения сигнала (с учетом его знака) на входе блока соответствукмде- му напряжению tU источника 49 опор0 ного напряжения один из компараторов 47 или 48 формирует импульс напряжения. При этом на выходе элемента ШШ 50 формируется импульс с нормированной амплитудой, соот ветст5 вующий по времени положительной или отрицательной полуволне сигнала на входе блока (фиг. Зе).

В основу работы устройства положена передача: по обследуемому кабелю

0 от передающей к приемной части в определенной последовательности электрических сигналов: сигнала частотой f /m, используемого вторым оператором для поиска трассы кабеля и слеже5 ния за ней, в результате чего отпадает необходимость в применении для этих целей специальных трассовых приборов; временное прекращание и дальнейшее возобновление подачи в кабель

сигнала частотой , информирующего второго оператора соответственно о подаче в кабель высокого напряжения и о происшедшем искровом пробое, что равноценно передаче специальных служебных сигналов без организации специальной телефонной связи между операторами; начало подачи в кабель сигнала частотой f , несущего информацию о моменте t возник новения искрового пробоя, с которого в приемной части начинается отсчет времени t запаздывания приема АС пробоя; передача сигнала частотой f J. , обладающего строго нормирован- ньми параметрами, что позволяет однозначно отличать его от сигналов ЭП, а также производить с высокой точностью измерение расстояния до места возникновения искрового пробоя, кроме того этот сигнал используется для формирования высокостабильного временного интервала с целью повьшения помехозащищенности устройства.

Формула изобретения

Устройство для уточнения места электрического пробоя изоляции кабеля, содержащее в передающей части источник высокого напряжения постоянного тока, включающий последовательно соединенные блок питания, блок установки величины высокого на пряжения, высоковольтный преобразователь, первый переключатель, блок накопительных конденсаторов, выход которого соединен с индикатором выходного напряжения и с первой выходной клеммой устройства, а в приемной части - индикатор места пробоя включающий последовательно соединенные первый преобразователь и пер- вьй усилитель, последовательно соединенные второй преобразователь и второй усилитель, а также первьй счетчик, цифровой индикатор и электроакустический преобразователь, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности, в передающую часть введены последовательно соединенные генератор, ключевой элемент и согласующий усилитель

15

20

25

выход которого соединен с второй выходной клеммой, делитель напряжения,, детектор экстремума, первьй триггер второй счетчик, формирователь им5 пульсов сброса, делитель частоты и второй переключатель, первый и второй переключатели связаны между собой механически, выход блока накопительных конденсаторов через последо- fO вaтeль o соединенные делитель напряжения и детектор экстремума соединен с установочным входом первого триггера, выход которого соединен с управляющим входом второго счетчика и первым входом согласукядего усилителя, выход второго счетчика через формирователь импульсов сброса соединен со входами сброса второго счетчика и первого триггера, а в приемную часть введены сумматор, первый и второй блоки нормирования сигнала, временной селектор, блок выделения пер- вого импульса, второй триггер, элемент И, формирователь временного интервала и блок оперативной памяти, причем выход первого усилителя через последовательно соединенные первый блок нормирования сигнала и временной селектор соединен со счетным входом первого счетчика и входом блока выделения первого импульса, выход которого соединен с установочным входом второго триггера и с входом сброса первого счетчика, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами формирователя временного интервала и блока оперативной памяти, выходы которого соединены с входами цифрового индикатора, а выход второго усилителя через второй блок нормирования сигнала соединен с первым входом элемента И, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом второго триггера и выходом формирователя временного интервала, выход элемента И соединен с входом сброса второго триггера и входом записи блока Оперативной памяти, вькоды первого и

50 второго усилителей соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен с входом электроакустического преобразователя.

30

35

40

45

тШ -ЛЛЛЛАЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛЛ

Фиг. 2

фиг.З

Составитель Е. Кущ Редактор И. Горная Техред Л.Олейник Корректор А.

Заказ 6830/42 Тираж 728Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ФигЛ

Фиг. 5

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Может быть испо11ьзовано для обнаружения места пониженной электрической прочности изоляции кабеля, расположенного в грунте. Цель изобретения - повышение достоверности обнаружения места. Достигается путем увеличения помехозащищенности. Для этого в передакщую часть устройства введены последовательно соединенные генератор 13, ключевой элемент 14 и согласующий усилитель 15. На чертеже также показаны блок 1 питания, блок 2 установки величины высокого напряжения, высоковольтный преобразователь 3, переключатель 4, блок 5 накопительных конденсаторов, вьгходные 6 и 1-6, индикатор 7 выходного напряжения, делитель 8 напряжения, детектор 9 экстремума, состоящий из дифференциального элемента 10 и формкро- 11 импульсов, триггер 12, счетчик 17, формирователь 18 импульсов сброса и переключатель 19. Схема приемной части устройства приводится в описании изобретения, 5 ил. с & (Л № tsD 00 | со ч 6 -о ФиъЛ