Способ измерения напряженности вращающегося электрического поля и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения напряженности вращающегося электрического поля, включающий измерение с помощью да1 чиков трех взаимно ортогональных компонент напряженности EjijEttj Eg исследуемого вращающегося электрического поля и определение по ниммаксимального Ejjgj j. и минимального Е,ц,значений модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля, от л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения точности измерений путем определения угла преобладающей поляризации и направления вращения, в процессе измерений датчики ориентируют в вертикальной и горизонтальной плоскостях относительно Земли, фиксируют момент достижения макси8геглт .ч«.| 13,:;::;«13 &1&ЛНиТЕиА мального значенияЕ|,д модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля и измеряют время bt до достижения нулевого значения МОДУЛЯ Е компоненты напряженности вращающегося электрического поля, определяют по измеренной величине at угол ( преобладающей поляризации по формуле , мин , , и агсг6-,tpO)ut, .c где со - круговая частота исследуемого вращающегося электрического поля, затем по величинам измеренных компонент ЕХ, Еу, ЕТ; модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля определяют координатную плоскость, в которой модуль напряженности исследуемого вращающегося электрического поля поляризован эллиптически или по кругу, при этом минимальное значение разности зафиксированных моментов времени соответствует правому вращению исследуемого вращающегося электрического поля, а максимальная разность - левому вращению. 2. Устройство для измерения напряженности вращающегося электрического поля, содержащее трехкомпонентньй датчик, три квадратора, выходы которых через сумматор соединены с входом блока извлечения квадратного корня, и регистратор, о т л и -. чающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем определения угла преобладающей поляризации и направления вращения, в него введен блок программного пере

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 4(51) G 01 R 29/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ -ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3537999/24-09 (22) 11.01 ° 83 (46) 15.06.85. Бюл. ¹ 22 (72) А.Б.Немировский и Э.П.Каскевич (71) Сибирский научно- исследовательский институт энергетики (53) 621.317.328(088.8) (56) 1. Шишловский А.А. Прикладная физическая. оптика. М., Физматиздат, Л., 1961, с. 500-506 (прототип).

2. Кац Ф.А., Перельман Л.С.

Расчет электрического поля трехфазной линии электропередачи. — "Электричество", 1978, № 1, с. 16-19.

3. Авторское свидетельство СССР № 718807, кл. С 01 К 29/08, 1974 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ

ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ измерения напряженности вращающегося электрического поля, включающий измерение с помощью датчиков трех взаимно ортогональных компонент напряженности Е> Е>

Е< исследуемого вращающегося электрического поля и определение по ним. максимального Е „и минимального Eпи,„,значений модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерений путем определения угла преобладающей поляри .зации и направления вращения, в процессе измерений датчики ориентируют в вертикальной и горизонтальной плоскостях относительно Земли, фиксируют момент достижения максимального значенияЕм „модуля напрямакс женности исследуемого вращающегося электрического поля и измеряют время ()6 до достижения нулевого значения модуля Е компоненты напряженности вращающегося электрического поля, определяют по измеренной величине ()1 угол (1) преобладающей поляризации по формуле смин (() =aarrcctj t,g я п4, макс где M — круговая частота исследу. емого вращающегося электрического поля, затем по величинам измеренных компонент Е)(, Е q E модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля определяют координатную плоскость, в которой модуль напряженности исследуемого вращающегося электрического поля поляризован эллиптически или по кругу, при этом минимальное значение разности зафиксированных моментов времени соответствует правому вращению исследуемого вращающегося электрического поля, а максимальная разность — левому вращению.

2. Устройство для измерения напряженности вращающегося электрического поля, содержащее трехкомпонентный датчик, три квадратора, выходы которых через сумматор соединены с входом блока извлечения квадратного корня, и регистратор, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерений путем определения угла преобладающей поляризации и направления вращения, в него введен блок программного и ре1161 ключения, включенный между выходами трехкомпонентного датчика и входами квадраторов,между выходом блока извлечения квадратного корня и первым входом регистратора включены последовательно временной селектор, первый 6 триггер, б -вход которого соединен с первым выходом трехкомпонентного датчика через, введенный пороговый блок, и первый интегратор, между выходом блока извлечения квадратного корня и вторым входом регистратора последовательно включены первый компаратор, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока програм много переключения, второй RG -триггер и второй интегратор, при этом

5-вход второго RG -триггера соединен с выходом введенного второго компаратора, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора, а второй — с пятым выходом блока программного переключения.

3. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок программного переключения содержит первый, второй и третий нормально замкнутые ключи и первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой нормально разомкнутые ключи, при

911 этом вход первого нормально замкнутого ключа является первым входом блока программного переключения, а его выход — первым выходом блока программного переключения и соединен с входами пятого и третьего нормально разомкнутых ключей, вход второго нормально замкнутого ключа является вторым входом блока программного переключения и соединен с входом первого нормально разомкнутого ключа, а его выход — вторым выходом олока программного переключения и соединен с входом шестого нормально разомкнутого ключа, вход третьего нормально замкнутого ключа является третьим входом блока программного переключения и соединен с входами четвертого и второго нормально разомкнутых ключей, выход третьего нормально разомкнутого ключа является четвертым выходом блока программного переключения и соединен с выходами первого и второго нормально разомкнутых ключей, выход шестого нормально разомкнутого ключа является пятым выходом блока программного переключения и соединен с выходом четвертого и пятого нормально разомкнутых ключей.

Изобретение относится к измери- тельной технике и предназначено для измерения напряженности вращающегося электрического поля, преимущественно промышленной частоты на подстанциях и открытых распределительных устройствах.

Известен способ измерения напряженности вращающегося электрического поля, основанный на измерении параметров эллипса поляризации вектора напряженности с помощью анализатора поляризации (1$..

Известно устройство для измерения напряженности вращающегося электрического поля, содержащее поляризационные разделители и анализаторы, выполненные в виде антенн с правой и левой поляризацией )2J., Однако указанные способ и устройство измерения напряженности вращающегося электрического поля не обеспечивают высокую точность измерений.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения напряженности вра1О щающегося электрического поля, включающий измерение с помощью датчиков трех взаимно ортогональных компонент напряженности Е> Е, Е ис1 следуемого вращающегося электрического поля и определение по ним максимального Гм„и минимального E знамакс мин чений модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля (2) . эллиптически или по кругу, при этом минимальное значение разности зафиксированных моментов времени соответствует правому вращению исследуемого вращающегося электрического поля,, а максимальная разность — левому вращению.

В устройство для измерения напряжеккости вращающегося электрического поля, содержащее трехкомпонентный датчик, три квадратора, выходы КОторых через сумматор соединены с входом блока извлечения квадратного корня, и регистратор, введен блок программного переключения, включенный между выходами трехкомпонентного датчика и входами квадраторов, между выходом блока извлечения квадратного корня и. первым входом регистратора включены последовательно временной селектор, первый Ы -триггер, Б -вход которого соединен с первым выходом трехкомпонентного датчика через введенный пороговый блок, и первый интегратор, между выходом блока извлечения квадратного корня и вторым входом регистратора последовательно включены первый компаратор, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока программного переключения, второй R5 -триггер и второй интегратор, при этом

5 -вход второго R5-триггера соединен с выходом введенного второго компаратора, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора, а второй - с пятым выходом блока программного переключения.

Кроме того, блок программного переключения содержит первый, второй и третий нормально замкнутые ключи и первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой нормально разомкнутые ключи, при этом вход первого нормально замкнутого ключа является первым входом блока программного переключения, а era выход - первым выходом блока программного переключения и соединен с входами пятого и третьего нормально разомкнутых ключей, вход второго нормально замкнутого ключа является вторым входом блока программного переключения и соединен с входом первого нормально разомкнутого ключа, а его выход — вторым выходом блока программного переключения и соединен с входом шестого нормально разомкнутого ключа, вход третьего

3 116191 i

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения напряженности вращающегося электрического поля, содержащее трехкомпонентный

5 датчик, три квадратора; выходы которых через сумматор соединены с вхо- дом блока извлечения квадратного корня, и регистратор (3) .

Однако известный способ измерения 1О напряженности вращающегося электрического поля и устройство для его осуществления не обеспечивают высокув точность измерений, так как не позволяют определить угол преобладающей поляризации и направлекие вращения.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем определения угла преобладающей поляризацйи 20 и направления вращения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения напряженности вращающегося электрического поля, включающему измерение с помощью датчиков трех взаимно ортогональных компонент напряженности

Е» Е, Е исследуемого вращающегося электрического поля и определение по ним максимального Е> „и минималь- 30 ногоГ „„„ значений модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля, в процессе измерений датчики ориентируют в вертикальнОЙ и гориэойтальнОЙ плОскостях От» 35 носительно Земли, фиксируют момент достижения максимального значения

Е модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля и измеряют время 1 до дости- 40 жения нулевого значения модуля Е компоненты напряженности вращающегося электрического поля, определяют по измеренной величине 44 угол lp преобладающей поляризации по формуле мин

g =агс à — t(uЙ

Е ало хс

7 где Q — круговая частота исследуемого вращающегося электри- у1 ческого поля, затем по величинам измеренных компонент Е» E, E< модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля определяют координат- у ную плоскость, в которой модуль напряженности исследуемого вращающегося электрического поля поляризован

1161911 нормально замкнутого ключа является третьим входом блока программного переключения и соединен с входами четвертого и второго нормально разомкнутых ключей, выход третьего нормально разомкнутого ключа является четвертым выходом блока программного переключения и соединен с выходами первого и второго нормально

l0 разомкнутых ключей, выход шестого нормально разомкнутого ключа является пятым выходом блока программного переключения и соединен с выходами пятого и четвертого нормально разомкнутых ключей.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства для измерения напряженности вращающегося электрического поля; на фиг.2 и 3 временные диаграммы, поясняющие рабо- ® ту устройства для измерения напряженности вращающегося электрического поля, на фиг.4 — структурная электрическая схема блока программного переключения.

Устройство для измерения напряженности вращающегося электрического поля содержит трехкомпонентный датчик

1, три квадратора 2,3 и 4, выходы которых через сумматор 5 соединены с входом блока 6 извлечения квадратного корня, и регистратор 7, блок 8 программного переключения, временной селектор 9, .первый RS -триггер 10, пороговый блок 11, пе интегратор 3g

12, первый компаратор 13, второй

R5 -триггер 14 и второй интегратор

15, второй компаратор 16.

Блок 8 программного переключения содержит первый, второй и третий 40 нормально замкнутые ключи 17, 18 и

19, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой нормально разомкнутые ключи 20-25.

Способ измерения напряженности 4З вращающегося электрического поля реализуется следующим образом.

При измерениях трехкомпонентный датчик 1 ориентируют измерителем Е

K компоненты по вертикали и в гори- 56 зонтальной плоскости, например, по магнитному полю Земли.

Измерение угла преобладающей поляризации производят следующим образом. Фиксируют два момента, ког- М да модуль Е(С) достигает максимума (фиг.2a) и при достижении E -компонентой нулевого значения (фиг,gб).

Фиксация осуществляется путем формирования в эти моменты, и 1 импульсов (фиг.2в, г).

Затем измеряют разность зафиксированных моментов 5 т, (фиг.2д), формируя импульс, длительность которого равна 4т, . Измеренное значение связано с углом преобладающей поляризации (зависимостью

„ мин р -агcfp д д( мжс

Измерение направления вращения заключается в следующем. Предположим, что плоскость поляризации перпендикулярна к плоскости 0, угол элдипса преобладающей поляризации составляет о . Поле вращается по часовой стрелке. Направление вращения поля в плоскости определяется со стороны положительного направления оси, перпендикулярной данной плоскости.

На фиг.3а показана проекция эллипса на плоскость 0 7 . Здесь же показано положение пары датчиков из трехкомпонентных датчиков, расположенных в этой плоскости. При измерении фиксируют два момента (tq и 4 ), в которые мгновенные значения модуля в этой плоскости (фиг,3б) равны сигналам Е и Е g -компонент на выходах датчика (фиг, Зв, д), и формируют в эти моменты импульсы (фиг.3r, е). Затем измеряют разность зафиксированных моментов, формируя импульс длительностью dt (фиг.Зж).

Аналогично формируется импульс длительностью 4t при вращении пои ля в противоположном направлении.

Согласно данному способу измерения при любой эллиптичности поляризации и произвольном угле выполняются равенства

4t = cobe t И - const 4t i а1" =Т где Т вЂ” период вращения модуля.

Так как при поляризации по направТ лению часовой стрелки 4 = — а при противоположной 4.1, =- 7 то эти направления уверенно различаются по длительности измеренных значений импульсов.

Аналогично направление вращения определяется по проекции эллипса на другие координатные плоскости Z0X и

ХО 1 .

При измерении согласно предлагаемому способу определяют координатную

1161911 плоскость, в которой проекция эллипса поляризации, лежащего в общем случае в наклонной плоскости, также является эллипсом (кругом). После этого производят измерение направления вращения согласно вышеуказанной последовательности операций.

В том случае, если плоскость поляризации перпендикулярна одной из координатных плоскостей, то эллипс про- 14 ектируется на эту плоскость в линию.

При этом при определении направления вращения модуля в данной плоскости импульсы д и h4 не формируются.

Иэ вышеназванного следует, что достоинством предлагаемого способа измерения является возможность измерения угла преобладающей поляризации и направления вращения при различных видах поляризации, не только эллиптической или круговой, например типа "деформированный" эллипс.

Это достоинство особенно важно, так как в реальных условиях при измеренных напряженностях поля фактическая поляризация под влиянием различных помех может оказаться не чисто эллиптической или круговой.

Трехкомпонентный датчик 1, состоящий из датчиков трех компонент E„ E ЗО

11

E,ïðåäíàýíà÷åH для преобразования найряженности поля в электрические сигналы, пропорциональные соответствующим компонентам поля. Трехком-. понентный датчик 1 выполнен в форме сферы, на которой размещены во взаимно ортогональных координатных плоскостях три конденсаторных преобразователя. Верхней обкладкой каждого преобразователя является ме- 40 таллический шаровой сегмент, изолированный от корпуса сферы диэлектри ком. Выходы датчика соединены с тремя входами блока 8 программного переключения, который служит для под-, 43 ключения по определенной программе выходов трехкомпонентного датчика

1 к входам квадраторов 2,3,4 и к входам компараторов 13, 16.

Квадраторы 2,3 и 4 предназначены SO для возведения в квадрат мгновенных значений сигналов с выходов трехкомпонентного датчика 1. Выходы квадраторов 2,3 и 4 подключены к сумматору 5, выход которого соединен с вхо- 53 дом блока 6. Блок 6 служит для формирования сигналов, пропорциональных мгновенному значению модуля вращающегося поля. Выход блока 6 соединен с входом временного селектора

9 и входами 2,3 компараторов 13, 16.

Временной селектор 9, первый RS— триггер 10, пороговый блок 11 и первый интегратор 12 образуют блок измерения угла преобладающей поляризации, Временной селектор 9 предназначен для формирования импульса в момент достижения мгновенным значением модуля максимальной величины. Временной селектор 9 можно реализовать в виде последовательного соединения усилителя, ограничителя амплитуды, схемы дифференцирования и селектора полярности импульсов. Выход временного селектора 9 соединен с R -входом первого R5 -триггера 10 5 -вход первого триггера 10 через пороговый блок 11 подключен к выходу Е< -компоненты трехкомпонентного датчика 1.

Пороговый блок 11 служит для формирования импульсов в момент достижения Е -компонентой нулевого значения и может быть выполнен в виде двухвходовой схемы И, один из .входов которой находится под нулевым потенциалом. Выход первого RG -триггера

10 через первый интегратор 12 подключен к регистратору 7. Первый интегратор 12 предназначен для выделения из импульсной последовательности постоянной составляющей напряжения, пропорциональной длительности импульсов.

Первый и второй компараторы 13, 16, второй б -триггер 14 и второй интегратор 15 образуют блок измерения направления вращения поля. Блок предназначен для формирования двух уровней напряжений, соответствующих направлению вращения поля по или против часовой стрелки. Первый и второй компараторы 13, 16 предназначены для сравнения по амплитуде напряжений с выходов блока 8, формирования импульсов в момент их равенства. Выходы первого и второго компараторов

13, 16 соединены ск и 5 -входами второго

R6-триггера 14, соединенного через второй интегратор 15 с регистратором 7. Назначение второго и первого интегратора 15 и 12 аналогично.

Устройство работает следующим образом.

При размещении ориентировочного по вертикали и в горизонтальной плоскости трехкомпонентного датчика 1

1161911

10 во вращающемся электрическом поле, его выходные сигналы, пропорциональные трем компонентам напряженности поля, поступают на входы блока 8 программного переключения. 5

В исходном состоянии выходы трехкомпонентного датчика 1 подключены к входам квадраторов 2 3 и 4. При этом первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой нормально разомкнутые ключи 20-25 разомкнуты и предназначены для подключения выходов трехкомпонентного датчика 1 к входам перво

ro и второго компараторов 13, 16, при их замыкании.

На выходе блока 6 формйруется напряжение, пропорциональное мгновенному значению модуля в момент 1 (фиг.2а). В момент 1», когда напряжение на выходе блока 6 достигает максимума, на выходе временного селектора 9 формируется импульс (фиг.2в), который запускает первый

R5-триггер 10 по 1» -входу (фиг.2д).

При достижении нулевого значения

E„ компоненты (фиг,2б), на выходе порогового блока 11 в момент (фиг.2г) формируется второй импульс, возвращающий первый А6 -триггер 10 по б -входу в исходное состояние ЗО (фиг.2д) .

Длительность сформированного импульса и напряжение на выходе первого интегратора 12 пропорциональны углу »»» преобладающей поляризации.

Выходное напряжение первого интегратора 12 регистрируется регистратором 7. Предположим, что для определения направления вращения поля размыкают третий нормально замкнутый »О ключ 19 и замь»кают нормально разомкнутые ключи 22 и 25. При этом выходы E и Е -компонент трехкомпонентного датчика 1 через нормально разомкнутые ключи 22 и 25 подключа- 4$ ются к входам первого и второго компараторов 13, 16.

На выходе блока 6 формируется напряжение, пропорциональное модулю проекции эллипса поляризации на плоскость ROY (фиг.Зб) . В момент 1» равенства сигнала E -компоненты

Е (фиг.Зв) и модуля на выходе первого

S5 компаратора 13 формируется импульс (фиг.Зг), который запускает по входу второй 85 -триггер 14 (фиг.Зж).

В следующий момент1, когда становятся равными сигналы модуля и Еу компоненты (фиг.Зд), на выходе второго компаратора 16 формируется импульс (фиг.3e), который по Б -входу возвращает второй RG -триггер 14 в исходное положение. На выходе второго R5 -триггера 14 формируется импульс (фиг.Зж), по длительности

1 которого d4 определяют направление вращения поля согласно предложенному способу. Постоянная составляющая напряжения на выходе второго интегратора 15, уровень которой характеризует направление вращения, регистрируется регистратором 7.

В том случае, если при нажатии кнопок трехполюсного кнопочного нажимного выключателя 19 на вход регистратора 7 не поступит уровень напряжения, соответствующий длительности импульсов 1 или Ь1, это

1 0 свидетельствует о том, что плоскость поляризации сориентирована перпепдикулярно данной координатной плоскости. В этом случае оператор нажимает другую кнопку и регистрирует направление вращения поля его проекции эллипса поляризации в соответствующей координатной плоскости. С переходом в другую точку измеряемого поля указанная последовательность измерения повторяется.

Предложенные способ и устройство для измерения напряженности вращающегося электрического поля, позволяют повысить точность измерения по сравнению с прототипом. Этим дости-, гается возможность повышения точности дозиметрирования времени пребывания персонала высоковольтных подстанций во вращающихся полях высоких напряженностей, Практическая реализация предложенного способа позволит уточнить существующие нормативы, связывающие параметры полей и допустимое время безопасного пребывания в них, повысит информативность изу-. чения реакции биосистем на воздействия вращающихся электрических полей.

1161911

1161911

1!61911

Составитель P.Êóýíåöoâà

Редактор М.Бандура Техред О.Ващишина Корректор М.Самборская

Заказ 3967/49 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по .делам изобретений и открытий

11303S, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4