Устройство для отыскания места однофазного замыкания на землю Советский патент 1992 года по МПК G01R31/08 

1

(21)4864363/21

(22) 06.09.90

(46) 23.09.92. Бюл. № 35

(71)Псковский филиал Ленинградского государственного технического университета

(72)ААИванов и Р.А.Полянский (56) Авторское свидетельство СССР № 554511,кл.О 01 R31/08, 1977.

Кузнецов А.П. Определение мест повреждений на воздушных линиях электропередачи. - М., Энергоатомиздат, 1989 г. - библиотека электромонтера, вып. 618, стр. 81-82. Прибор Волна-М - прототип. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТЫСКАНИЯ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

(57) Использование: изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для отыскания места однофазного замыкания на землю в воздушных электрических сетях с изолированной нейтралью. Сущность изобретения: устройство содержит 1 магнитный датчик (1), 3 катушки индуктивности (2-4), 3 фильтра (5-7), 3 квадратора (8-10), 1 суммирующий усилитель (11), 1 вычислитель квадратного корня (12). 1 корректор усиления (13), 1 усилитель (14), 1 блок управления (15), 1 индикатор. Катушки индуктивности расположены так, что их магнитные оси взаимно перпендикулярны друг другу. 1 з.п. ф-лы, 1 ил

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть ис- пользовано для отыскания места однофазного замыкания на землю в воздушных электрических сетях с изолированной нейтралью.

Известно устройство для отыскания места однофазного замыкания на землю, содержащее датчик высших гармоник магнитного поля, усилитель контролируемого сигнала, индикатор, корректор усиления контролируемого сигнала в виде датчика электрического поля нулевой последовательности и регулятора (см. А.с. № 554511, кл. G01 R31/08. опубл. БИМг 14,1977).

Основным недостатком данного устройства является зависимость его показаний от пространственного положения магнитного датчика (или что то же устройства, т.к. датчик крепится в корпусе устройства) относительно проводов линии, что снижает точность

измерений и приводит к увеличению времени отыскания места повреждения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для отыскания места однофазного замыкания на землю (прибор Волна- М), содержащее магнитный датчик, выполненный в виде двух последовательно соединенных катушек индуктивности с разомкнутыми магнитными сердечниками, два фильтра, усилители контролируемого сигнала, корректор усиления контролируемого сигнала в виде датчика электрического поля нулевой последовательности и регулятора (см. Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С. 81-82).

Основным недостатком данного устройства также является зависимость его показаний от пространственного положения

V|

ON

J

О

о

ся

магнитного датчика относительно проводов линии, что снижает точность измерений и приводит к увеличению времени отыскания места повреждения.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем исключения зависимости показаний устройства от пространственного положения магнитного датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для отыскания места однофазного замыкания на землю, содержащее магнитный датчик, выполненный в виде двух катушек индуктивности с разомкнутыми магнитными сердечниками, два фильтра, настроенных на частоту контролируемого сигнала, первый и второй усилители контролируемого сигнала, корректор усиления контролируемого сигнала, состоящий из датчика электрического поля нулевой последовательности, повторителя напряжения, третьего усилителя, выпрямителя и регулятора, блок управления и индикатор, причем датчик электрического поля через повторитель напряжения подключен к входу третьего усилителя, выход которого соединен с первым выходом корректора, соединенным в свою очередь с первым входом блока управления, и через выпрямитель подключен к первому входу регулятора, блок управления вторым входом подключен к выходу второго усилителя, а первым и вторым выходами соединен соответственно с входом индикатора и с первым входом второго усилителя, дополнительно введены третий фильтр, настроенный на частоту контролируемого сигнала, три квадратора и вычислитель квадратного корня, первый усилитель контролируемого сигнала выполнен суммирующим, а магнитный датчик содержит третью катушку индуктивности с разомкнутым магнитным сердечником, при этом катушки индуктивности расположены так, что их магнитные оси взаимно перпендикулярны друг другу, выводы катушек соединены соответственно с входами первого, второго и третьего фильтров, выходы которых подключены соответственно через пер- вый, второй и третий квадраторы к соответствующим входам суммирующего усилителя, выход которого через вычислитель квадратного корня соединен с входом корректора, к которому подключен второй вход регулятора, второй выход корректора соединен с выходом регулятора и подключен к второму входу второго усилителя.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, «то в устройство для отыскания места однофазного замыкания на землю дополнительно введены третий фильтр, настроенный на частоту контролируемого сигнала, три квадратора и вычислитель квадратного корня, первый усилитель контролируемого сигнала выполнен суммирующим, а магнитный датчик содержит третью катушку индуктивности с разомкнутым магнитным сердечником, при этом катушки индуктивности расположены так, что их магнитные оси взаимно перпен0 дикулярны друг другу, выводы катушек соединены соответственно с входами первого, второго и третьего фильтров, выходы которых подключены соответственно через пер- вый, второй и третий квадраторы к

5 соответствующим входам суммирующего усилителя, выход которого через вычислитель квадратного корня соединен с входом корректора, к которому подключен второй вход регулятора, второй выход корректора

0 соединен с выходом регулятора и подключен к второму входу второго усилителя.

Предложенное устройство обладает существенными отличиями, так как других известных технических решений с подобными

5 признаками заявитель не обнаружил.

При осуществлении устройства выявленные отличительные признаки в совокупности с другими признаками обеспечивают получение положительного

0 эффекта, заключающегося в повышении точности измерений, так как исключена зависимость показаний устройства от пространственного положения магнитного датчика.

5 На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - секторная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит магнитный датчик 1, состоящий из трех катушек 2,3,4 индук0 тивности с разомкнутыми магнитными сердечниками, которые выполнены из пермаллоя, как рекомендуется при измерениях характеристик низкочастотных слабых магнитных полей (см. Панин В.В., Степанов

5 Б.М. Измерение импульсных магнитных и электрических полей. - М.: Энергоатомиз- дат, 1987. - С. 21). Катушки индуктивности расположены так, что их магнитные оси взаимно перпендикулярны друг другу. Выводы

0 каждой из катушек подключены к входам одного из трех фильтров 5-7, настроенных на частоту контролируемой гармонической составляющей тока замыкания на землю. Наиболее целесообразно использовать час5 тоты 250, 350, 550 Гц.

Выходы фильтров через квадраторы 8- 10 подключены к соответствующим входам суммирующего усилителя 11. Квадраторы предназначены для возведения в квадрат напряжений, выделенных с помощью фильтрое. Суммирующий усилитель обеспечивает суммирование и усиление возведенных в квадрат сигналов напряжения.

Подключенный к выходу суммирующего усилителя 11 вычислитель 12 квадратного корня предназначен для формирования напряжения, пропорционального модуля век тора магнитной индукции магнитного поля на частоте контролируемого сигнала в месте расположения устройства. В качестве квадраторов 8-10 и вычислителя 12 квадратного корня могут быть использованы интегральные перемножители К525ПС2, включенные соответственно по схеме возведения в квадрат и по смехе извлечения квадратного кор- ня (см. Путников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988. - С. 131-132). Ввиду того, что аналоговые интегральные перемножители представляют собой функционально законченное устройство, то введение их в схему устройства для отыскания места однофазного замыкания на землю практически не сказывается на его габаритах и весе. Подключение этих микросхем также не вызывает особых сложностей.

Взаимно перпендикулярное расположение катушек магнитного датчика и применение квадраторов, суммирующего усилителя и вычислителя квадратного корня позволяет исключить зависимость показаний устройства от пространственного положения магнитного датчика.

В общем случае ЭДС, наводимая в отдельной катушке датчика магнитным полем, создаваемым любой из гармонических составляющих тока замыкания на землю, максимальна, когда вектор магнитной индукции В поля параллелен магнитной оси катушки, и Минимальна, когда В перпендикулярен ей. Во всех остальных случаях ЭДС имеет промежуточные значения и прямо пропорциональна проекции вектора магнитной индукции на магнитную ось датчика. Этим объясняется влияние положения магнитного датчика на результаты измерений в случае наличия в нем одной или двух (как в прототипе) катушек индуктивности (см. Панин В.В., Степанов Б.М. Измерение импульсных магнитных ... - С. 16). Если же магнитный датчик, как предлагается, состоит из трех взаимно перпендикулярных катушек, то ЭДС наводимая магнитным полем в каждой из них, будет определяться (при их одинаковых технических характеристик) соответствующей проекцией вектора магнитной индукции на магнитную ось катушки (фиг. 2). Квадратный корень из суммы квадратов трех ЭДС катушек всегда прямо про- порционален абсолютной величине

(модулю) вектора В в данной точке пространства или, что то же, в месте расположения устройства. Это справедливо для любой гармонической составляющей, в том 5 числе и для контролируемой. Следовательно, сигнал напряжения на выходе вычислителя 12 квадратного корня, пропорциональный указанному модулю вектора магнитной индукции, не будет зави0 сеть от пространственного полбжения магнитного датчика. Поэтому точность измерений с помощью предлагаемого устройства будет выше, чем у известных устройств.

5 Следует заметить, что исходя из конструктивных соображений катушки индуктивности магнитного датчика могут иметь неодинаковые технические характеристики, например, длину и сечение сердечника или

0 число витков. Это легко учитывается соответствующим выбором коэффициентом передачи суммирующего усилителя по отдельным входам и на результаты измерений не влияет.

5 Вычислитель 12 квадратного корня через корректор 13 усиления контролируемого сигнала подключен к входу второго усилителя 14, который предназначен для изменения чувствительности устройства, про0 изводимого переключением коэффициента передачи усилителя с помощью блока 15 управления.

Блок управления состоит из переключателя режима работы и чувствительности ус5 тройства и кнопки включения питания (см.

Кузнецов А.П. Определение мест поврежде. ния на воздушных линиях электропередачи.

- М.: Энергоатомиздэт, 1989. - С. 79,81-82).

В качестве источника питания может ис0 пользоваться гальванический элемент или аккумулятор. Преобразователь однополяр- ного напряжения в двухполярное, необходимое для питания микросхем, может быть выполнен по любой из известных схем, в

5 том числе и как в прототипе. На фиг. 1 источник питания не показан.

В качестве индикатора 16 используется либо выпрямитель, нагруженный на последовательно включенные резистор и микро0 амперметр, как это имеет место в известных устройствах поиска мест замыканий на землю (см. Кузнецов А.П. Определение мест по- вреждения на воздушных линиях электропередачи. - М.: Энергоатомиздат.

5 1989. - С. 76-85), либо вместо микроамперметра может использоваться аналого-цифровой преобразователь с цифровой индикацией. Во втором вариянте удлется снизить габариты и вес устройства, чго имеот существенное значение с точки зрения удобства эксплуатации.

Корректор 13 усиления контролируемого сигнала содержит датчик 17 электрического поля нулевой последовательности, подключенный через повторитель 18 напряжения к входу третьего усилителя 19 переменного тока. Выход этого усилителя подключен к первому входу блока 15 управления и через выпрямитель 20 соединен с первым входом регулятора 21.

Датчик 17 электрического поля (электрическая антенна) представляет собой металлическую пластину, встроенную в корпус устройства.

Регулятор 21 представляет собой делитель напряжения, верхнее плечо которого образует постоянный резистор, а в качестве нижнего используется полевой транзистор, затвором подключённый к выходу выпрямителя 20 (см. Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. - М,: Радио и связь, 1985. - С. 81, рис. 2.13).

Устройство работает следующим образом. При замыкании на землю одной из фаз линии токи нулевой последовательности, содержащие кроме основной составляющей 50 Гц высшие гармонические составляющие, создают вокруг проводов линии магнитное поле, которое воздействует на катушки 2-4 индуктивности магнитного датчика 1. ЭДС, наведенные в этих катушках в результате указанного воздействия магнитного поля, подаются на входы фильтров 5-7, которые выделяют сигналы с частотой контролируемой гармонической составляющей. Выделенные сигналы напряжения возводятся в квадрат с помощью квадраторов 8- 10 и далее усиливаются и суммируются с помощью суммирующего усилителя 11. Из этого суммарного напряжения извлекается квадратный корень вычислителем 12 и, таким образом, окончательно формируется напряжение, прямо пропорциональное модулю вектора магнитной индукции в месте расположения устройства.

Сформированное на выходе вычислителя 12 напряжение подается через регулятор 21 корректора 13 на вход второго усилителя 14. С выхода этого усилителя сигнал напряжения, усиленный в соответствии с установленным с помощью блока 15 управления коэффициентом передачи и в зависимости от коэффициента передачи регулятора 21, далее подается через блок 15 управления на индикатор 16.

Использование корректора 13 усиления контролируемого сигнала снижает зависимость показаний устройства от расстояния между ним и проппдпми линии, а также от

значения переходного сопротивления в месте замыкания.

Сигнал напряжения сдатчика 17 электрического поля через повторитель 18 напряжения подается на вход третьего усилителя 19. Усиленный сигнал выпрямляется выпрямителем 20 и подается на первый (управляющий) вход регулятора 21. который автоматически, в зависимости от величины

0 выходного напряжения выпрямителя 20, изменяет коэффициент передачи. Причем при уменьшении (увеличении) напряженности электрического поля и, следовательно, напряжения на датчике 17 коэффициент пере5 дачи регулятора 21 увеличивается (уменьшается), так как входящий в него полевой транзистор начинает закрываться (от- крываться). В свою очередь сигнал напряжения датчика 17 увеличивается при

0 приближении к проводам линии и, наоборот, уменьшается при удалении от них. Кроме этого, при одном и том же расстоянии до проводов величина напряжения датчика 17 зависит также от величины переходного со5 противления в месте замыкания. При уменьшении значения этого сопротивления сигнал напряжения увеличивается, так как увеличивается напряжение нулевой последовательности в линии, и наоборот. Таким

0 образом наличие корректора 13 обеспечивает также частичную стабилизацию показаний устройства при изменениях величины переходного сопротивления в месте замыкания на землю.

5 При необходимости сигнал с выхода усилителя 19 может подаваться с помощью блока 15 управления непосредственно на вход индикатора 16, что позволяет по его показаниям контролировать напряжен0 ность электрического поля и наличие замыкания на землю и обрывов проводов.

По сравнению с прототипом предложенное устройство позволит повысить точность измерений, и тем самым уменьшить

5 время отыскания места однофазного замыкания на землю.

Формула изобретения 1. Устройство для отыскания места однофазного замыкания на землю, содержа0 щее магнитный датчик, выполненный в пиде двух катушек индуктивности с разомкнутыми магнитными сердечниками, два фильтра, настроенных на частоту контролируемого сигнала, первый и второй усилители контро5 лируемого сигнала, корректор усиления контролируемого сигнала, состоящий из датчика электрического поля нулевой последовательности, повторителя напряжения, третьего усилителя, выпрямителя и регулятора, блок управления и индикатор, причем

датчик электрического поля через повторитель напряжения подключен к входу третьего усилителя, выход которого соединен с первым выходом корректора, соединенным, в свою очередь, с первым входом блока управления, и через выпрямитель подключен к первому входу регулятора, блок управления вторым входом подключен к выходу второго усилителя, а первым и вторым выходами соединен соответственно с входом индикатора и с первым входом второго усилителя, отличающееся тем. что, с целью повышения точности измерений, дополнительно введены третий фильтр, настроенный на частоту контролируемого сигнала, три квадратора и вычислитель квадратного корня, первый усилитель контролируемого сигнала выполнен суммирующим, а магнитный датчик содержит третью катушку индуктивности с разомкнутым магГ

1 Т

17

18

Фиг. I

0

5

нитным сердечником, при этом катушки индуктивности расположены так. что их магнитные оси взаимно перпендикулярны, выводы катушек соединены соответственно с входами первого, второго и третьего фильтров, выходы которых подключены соответственно через первый, второй и третий квадраторы к соответствующим входам суммирующего усилителя, выход которого через вычислитель квадратного корня соединен с входом корректора, к которому подключен второй вход регулятора, второй выход корректора соединен с выходом регулятора и подключен к второму входу второго усилителя.

Фиг. 2