Способ бесконтактного обнаружения относительной утечки тока на участке подземного токопровода и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01R31/02 

10

XI VJ VI

Использование: электроизмерения, изобретение предназначено для бесконтактных обследований коррозионного состояния подземных токопроводов при оценке их изоляционного покрытия посредством обнаружения токов утечки на участке изолиро- ванного токопровода. Сущность изобретения: устройство, реализующее способ, содержит 4 датчика магнитного провода (1, 2. 3, 4), 1 переключатель (5), 1 дифференциальный усилитель (6)., 2 нормализатора (7, 8), 1 блокиратор (9), 1 вольтметр

о

со

Изобретение относится к злектроизме- рениям и предназначено для бесконтактных обследований коррозионного состояния подземных токопроводов при оценке их изоляционного покрытия посредством обнаружения токов утечки на участке изолированного токопровода.

Известен способ определения переходного сопротивления подземных металло- проводов, который, в сущности, сводится к бесконтактному определению изменения на участке металлопровода величины про ге- кающего по нему переменного тока путем измерения напряженности магнитного поля, создаваемого этим током в двух точках, расположенных на концах обследуемого участка металлопровода на одинаковых расстояниях от его оси

Недостатком известного способа является необходимость точного определения расстояния от оси трубопровода для каждой точки наблюдения и низкая чувствительность к малым относительным утечкам тока, обусловленная тем, что малые утечки тока в среду определяют как разность измерений больших близких по величине абсолютных значений токов в двух сечениях трубопровода.

Известно устройство для определения переходного сопротивления подземных металлических сооружений методом мокрою контакта. Устройство содержит милливольтметр, дроссель, источник постоянного тока и опорный резистор Недостатком известного устройства является необходимое ь прямого доступа к токопроводу для обеспечения электрического контакта.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ бесконтактного измерения тока утечки на участке подземного токопровода. Согласно известному способу производится измерение азимутальных составляющих напряженности магнитного поля в двух ближних к оси токопровода точках на концах обследуемого участка, определение их местоположения из условия равенства азимутальных составляющих напряженно сти магнитного поля, измерения этих составляющих в ближней и дальней от оси токоироводз точках на одном из концов обследуемого участка, измерение разности этих составляющих между ближней и дальней точками на другом конце участка и измерение разности азимутальных составляющих между дальними о г оси токопровода точками на концах обследуемого участка. При этом расстояние между дальними и ближними точками на каждом из концов участка выбирается одинаковым.

Искомая величина определяется по формуле

Hi АНз4

(1)

Н3 А Н24

где Ж, Нз- соответственно напряженности азимутальных составляющих в ближней и дальней точках на одном конце участка,На, Н на друюм;

ДН24 и АНз4 - разности напрлженностей

магнитных полей в соответствующих точках. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, реализующее способ измерения относительной утечки тока, содержащее две штан5 ги с укрепленными на концах каждой из них на одинаковом расстоянии друг от друга идентичными измерительными датчиками, расположенными параллельно друг другу и перпендикулярно штанге.

0 Недостатком известного способа и устройства, реализующего этот способ, является невысокая достоверность контроля, обусловленная необходимость фиксации промежуточных результатов измерении и

5 вычисления искомой величины

Целью изобретения яплчется повышение достоверности контроля

Поставленная цель достигается тем, что в способе бесконтактного измерения отно0 сительноиутечки тока па участкетокопровода, заключающемуся в измерении напряженности азимутальных составляющих магнитного поля, создаваемого током, протекающим вдоль токопровода, в четырех

5 точках над его осью, которые расположены в начале и конце обследуемого участка и разнесены на одинаковые; расстояния вдоль прямых, являющихся продолжением радиусов токоировода, а местоположение двух

0 ближних к ею оси точек определяется из условия равенова в них напряженности магнитного поля, последовательно нормируют значение напряженности магнитного поля, измеренное на одном из концов в

5 ближней к оси токопровода точке, затем нормируют измеренное значение разности напряженности магнитных полей между ближней и дальней точками на втором конце, затем нормируют измеренное значение

0 напряженности магнитного поля в дальней от оси точке на первом конце участка, после чего измеряют разность напряженностей магнитных полей между дальними от оси точками на концах обследуемого участка,

5 Значение измеренной разности о этом случае совпадает с искомой относительной угечкой тока.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройство, реализующее способ,

содержащее две штанги с укрепленными на концах каждой из них на одинаковом расстоянии друг от друга идентичными измерительными датчиками, расположенными параллельно друг другу и перпендикулярно штанге, дополнительно введен переключатель, входы которого подключены к датчикам, а выходы соединены со входами дифференциального усилителя, выход которого через первый нормализатор соединен с параллельно включенными вторым нормализатором и блокиратором, выходы которых подключены к вольтметру.

Операции нормализации измеряемых величин, а также устройства для их реализации известны в данной области техники, однако заявляемые последовательность проведения операций нормализации и совокупность элементов, дающие положительный эффект, заключающийся в повышении достоверности измерений при коррозионном обследовании подземных то- копроводов за счет исключения фиксации результатов измерений и вычислительных операций, неизвестны из прототипа и анз- логов, что дает основание считать их удовлетворяющими критерию существенные отличия.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего заявляемый способ.

Устройство для бесконтактного обнаружения относительной утечки тока на участке токопровода содержит датчики 1 ...4 магнитного поля, два из которых (1 и 2) расположены на близких к оси токопровода концах штанг, датчик 3 расположен.на одной штанге с датчиком 1, а датчик А - с дгтчиком 2. Расстояния между датчиками 1 и 3, 2 и 4 одинаковы. Выходы датчиков 1-4 соединены с переключателем 5, выходы которого соединены со входами дифференциального усилителя б (микросхема 140УД12). Выход дифференциального усилителя 6 через первый нормализатор 7 (микросхема 140УД12) соединен с параллельно включенными вторым нормализатором 8 и блокиратором 9, выходы которых подключены к вольтметру 10.

Устройство работает следующим образом.

В первом положении переключателя 5 через дифференциальный усилитель 6 поступают сигналы с датчиков 1 и 2. Блокиратор 9 при этом разомкнут. Изменением высоты одной из штанг над осью токопровода определяют ее местоположение по нулевому показанию вольтметра 10. Во втором положении переключателя 5 на один из входов дифференциального усилителя 6 поступает сигнал от датчика 1, а на другом ее входе сигнал отсутствует Замкнутый блокиратор 9 блокирует второй нормализатор 8. Измерением коэффициента передачи 5 первого нормализатора 7 устанавливается некоторое определенное нормированное показание вольтметра 10. В следующем положении переключателя 5 на входы дифференциального усилителя 6 поступают

0 сигналы от датчиков 2 и 4. Блокиратор 9 размыкается и изменением коэффициента передачи второго нормализатора 8 устанавливается определенное нормированное показание вольтметра 10. В следующем

5 положении переключателя 5 на один из входов дифференциального усилителя 6 поступает сигнал от датчика 3. Блокиратор 9 блокирует второй нормализатор 8 и повторяется процедура нормализации, соответ0 ствующая второму положению переключателя 5.

В последнем положении переключателя 5 на входы дифференциального усилителя 6 поступают сигналы отдатчиков 3 и 4. Блоки5 ратор 9 размыкается и по показаниям вольтметра 10, отградуированного в значениях относительной утечки тока, отсчитывается искомая ее величина. Нормализаторы 8 и 9 представляют собой усилители напряжения

0 с регулируемым коэффициентом передачи. При замкнутом блокираторе 9 коэффициент передачи нормализатора 8 становится равным единице.

Пусть напряжения на выходах датчиков

5 пропорциональны напряженностям магнитного поля в соответствующих точках над осью токопровода

Ui-4 SHi-4.(2)

где S - чувствительность каждого датчика.

0 Напряжение на выходе нормализатора 8 при поступлении на входы дифференциального усилителя соответствующих сигналов и разомкнутом блокираторе 9 равно Ue Ue - К Кг Кз,

5 где К - общий коэффициент передачи каналов дифференциального усилителя; Ue - разность сигналов, поступивших на входы дифференциального усилителя; Ki.a - соответственно коэффициент передачи пер0 вого и второго нормализаторов.

После выбора местоположения датчиков из условия Hi На во втором положении переключателя 5 напряжение на выходе нормализатора 8 в соответствии с описан5 ной коммутацией сигналов и состоянием блокиратора 9 равно: Us Ui -K Kt.

Операции нормализации соответствует соотношение:

Ui К Ki1 - А.(3)

где Кг - установленный в процессе нормализации коэффициент передачи первого нормализатора 7;

А- уровень первой нормализации. Коэффициент передачи второго, заблокированного нормализатора «2 1.

Из (3) определим Ki U8 АН24 К . Ki1 К2

(4)

третьем положении переключателя 5 наяжение на выходе нормализатора 8 равно

и8 Д - А-К2.

А

Ui

Далее получим AU24

Ua

Ui

А К2 В,

Второй операции нормализации соответствует соотношение

Д1124

К2 В,

где К2 - измененный,.в процессе второй нормализации коэффициент передачи нормализатора 8;

В - уровень второй нормализации, откуда

--тЙг 5

В четвертом положении переключателя 5 на вход дифференциального усилителя 6 поступает сигнал с датчика 3. С учетом того, что нормализатор 10 заблокирован (К2 1), напряжении на выходе нормализатора 8 равно

Us Уз К Ki1

Третьей операции нормализации соответствует соотношение

Уз1 K-Ki C, откуда

Л С.

Ki

Л

Уз К

(6)

где Кг - новое значение коэффициента передачи первого нормализатора, установленное в процессе третьей нормализации; С - уровень третьей нормализации, В последнем положении переключателя 5 на входы дифференциального усилителя б поступают сигналы с датчиков 3 и 4, а блокиратор разомкнут (К2 К2 ). Тогда напряжение на выходе нормализатора 8 равно Ue AU34.K. Д1Ы Ut В -С

Уз iU24 A

С учетом (2) это выражение принимает следующий вид:

А1Ы Н, В С Нз 2ПЙ24А

R С

и с точностью до множителя --г- совпадает с выражением (1), определяющим отно- сительную утечку тока. Указанный

U0

(7)

множитель можно рассматривать как масштабный и учесть при градуировке вольтметра 10,

Нормирующие уровни А, В и С удобнее

5 выбирать одинаковыми (А В С) и соответствующими, например, максимальному показанию вольтметра 10, а сам вольтметр отградуировать в единицах относительной утечки тока 5 I.

Ю Таким образом, указанные в предложенном способе последовательность и характер операций позволяют исключить из процесса измерений фиксацию (запись) промежуточных результатов измерений и

15 соответствующих вычислений, а устройство, реализующее этот способ, позволяет осуществить указанные операции и непосредственно по показаниям вольтметра получить искомую величину относительной утечки то20 ка. Это существенно увеличивает производительность труда при коррозионном обследовании подземных токопроводов.

Формула изобретения

251- Способ бесконтактного обнаружения

относительной утечки тока на участке подземного токопроводэ, заключающийся в размещении датчиков азимутальной составляющей магнитного поля в четырех точках

30 над осью токопровода, которые расположены в начале и конце обследуемого участка и попарно разнесены на одинаковые рассто- - яния вдоль прямых, являющихся продолжением радиусов токопровода, а

35 местоположение двух ближних к его оси точек определяют из условия равенства в них напряженности магнитного поля, создаваемого током, протекающим вдоль то ко про вода, отличающийся тем, что, с целью

40 повышения достоверности контроля, последовательно нормируют сигнал с датчика, расположенного на одном из концов в ближней к оси токопровода точке, затем нормируют разность сигналов датчиков,

45 расположенных на втором конце, затем нормируют сигнал датчика, расположенного на первом конце в дальней от оси токопровода точке, после чего измеряют разность сигналов датчиков, расположен50 Hbix на концах участка в дальних от оси токопровода точках, значение которой в результате проведенных нормировок численно совпадает с относительной утечкой тока.

55 2. Устройство бесконтактного обнаружения относительной утечки тока на участке подземного токопровода, содержащее две штанги с укрепленными на концах каждой из них на одинаковом расстоянии друг от

Друга идентичными измерительными датчи

ками, расположенными параллельно другсоединены с входами дифференциального

другу и перпендикулярно штанге, о т л и ч а-усилителя, выход которого через первый

ю щ е е с я тем, что, с целью повышениянормализатор соединен с параллельно

достоверности контроля, в него дополни-включенными вторым нормализатором и

тельно введен переключатель, входы кото-5 блокиратором, выходы которых подключерого подключены к датчикам, а выходыны к вольтметру,