Устройство для отыскания места однофазного замыкания на землю

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (п)ю G 01 R 31/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ

1 (21) 4864363/21 (22) 06.09.90 (46) 23.09.92. Бюл. йв 35 (71) Псковский филиал Ленинградского государственного технического университета (72) А.А.Иванов и P.À.Ïîëÿíñêèé (56) Авторское свидетельство СССР

М 554511, кл. G 01 R 31/08, 1977, ;Кузнецов АЯ. Определение мест повреждений на воздушных линиях электропередачи. — M., Энергоатомиздат, 1989 г.библиотека электромонтера, вып. 618, стр.

81-82. Прибор "Волна-M" — прототип. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТЫСКАНИЯ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ .

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано 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. М 554511, кл. G 01 R31/08,,опубл,,БИ N. 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

„„SU „„1764005А1

2 (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 катушкии 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 расйоложены так, что их магнитные оси взаимно перпендикулярны друг другу. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. измерений и приводит к увеличейию времени отыскания места повреждения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для отыскания места однофазного замыкания на землю (прибор "ВолнаМ"). 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 злек1ропередачи. — М.: Энергоатомиздат, 1989.—

С. 81-82).

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

1?64005 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 иэ датчика электрического поля нулевой по- 2 следовэтел ьности, повторителя напряжения, третьего усилителя, выпрямителя и регулятора, блок управления и индикатор, причем датчик электрического поля через повторитель напряжения подключен к вхо- 2 ду 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, 3 блок управления вторым входом подключен к выходу второго усилителя, а первым и ВТ0рым выходами соединен соответственно с входом индикатора и с первым входом второго усилителя; дополнительно введены 3 третий фильтр, настроенный на частоту контролируемого сигнала, три квэдратора и вычислитель квадратного корня., первый усилитель контролируемого сигнала выполнен суммирующим, а магнитный датчик со- 4 держит третью катушку индуктивности с разомкнутым магнитным сердечником, при этом катушки индуктивности распоЛожены так, что их магнитные оси взаимно перпендикулярны друг другу, выводы катушек сое- 4 динены соответственно с входами первого, второго и третьего фильтров, выходы которых подключены соответственно через fl8p

BblA, второй и третий квадраторы к соответствующим входам суммирующего 5 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 подклю- 5 чен к второму входу второго усилителя.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения является то, что в устройство для отыскания места однофаэного замыкания на землю дополнительно введе4 ны третий фильтр, настроенный на частоту контролируемого сигнала, три квадратора и вычислитель квадратного корня, первый усилитель контролируемого сигнала выпол5 нен суммирующим, а магнитный датчик содержит третью катушку индуктивности с разомкнутым магнитным сердечником, при этом катушки индуктивности расположены так, что их магнитные оси взаимно перпен10 дикулярны друг другу, выводы катушек соединены соответственно с входами первого, второго и третьего фильтров, выходы которых подключены соответственно через первый, второй и третий квадраторы к

15 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 измеренйй, так как исключена зависимость показаний устройства от пространственного положения магнитного датчика.

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

Устройство содержит магнитный датчик.

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

5 Б.IVt. Измерение имйульсных магнитных и электрических полей. — M.: Энергоатомиздат, 1987, — С. 21). Катушки индуктивности расположены так, что их магнитные оси вза- имно 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 810 подключены к соответствующим входам . суммирующего усилителя 11. Квэдраторы предназначены для возведения в квадрат напряжений, выделенных с помощью филь1764005 тров. Суммирующий усилитель обеспечивает суммирование и усиление возведенных в квадрат сигналов напряжения.

Подключенный к выходу суммирующего усилителя 11 вычислитель.12 квадратного корня предназначен для формирования на-. пряжения, пропорционального модуля вектора 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 корня (см. Гутников В.С. 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) со- 5 ответствующей проекцией вектора магнит-. ной индукции на магнитную ось катушки (фиг. 2). Квадратный корень из суммы квадратов трех ЭДС катушек всегда прямо пропорционален абсолютной величине (модулю) вектора В в даннои 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 зави10 сеть от пространственного полЬжения магнитного датчика. Поэтому точность измерений с помощью предлагаемого устройства будет выше, чем у известных устройств.

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

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

25 Вычислитель 12 квадратного корня через корректор 13 усиления контролируемого сигнала подключен к входу второго усилителя 14, который предназначен для изменения чувствительности устройства, про30 изводимого переключением коэффициента передачи усилителя с помощью блока 15 управления.

Блок управления состоит из переключателя режима работы и чувствительности ус35 тройства и кнопки включения питанйя (см.

Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. — М.: Э нергоатомиздат, 1989. — С. 79, 81-82).

S качестве источника питания может ис40 пользоваться гальванический элемент или аккумулятор. Преобразователь однополяр ного напряжения в двухполярное, необходимое для питания микросхем, может быть выполнен по любой из известных схем, в

45 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 микро50 амперметр, как это имеет место в известных устройствах поиска мест замыканий на землю (см. Кузнецов А,П, Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. — M.: Энергоатомиздат.

5 1989. — С. 76-85), либо вместо микроамперметра может использоваться аналого-цифровой преобразователь с цифровой индикацией. Во втором варианте удается снизить габариты и вес устройсгвз, ч а име1764005

10

30

55 ет существенное значение с точки зрения удобства эксплуатации.

Корректор 13 усиления контролируемого сигнала содержит да1чик 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 подключенный к выходу выпрямителя 20 (см. Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. — M,: Радио и связь, 1985. — С. 81, рис. 2.13).

Устройство работает следующим образом, При замыкании на землю одной иэ 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 810 и далее усиливаются и суммируются с помощью суммирующего усилителя 11. Иэ 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 зависимост показаний устройства Oт расстояния между ним l1 пров 1дзм11 линии, а также от

8 значения переходного сопротивления в месте замыкания.

Сигнал напряжения с датчика 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 выходного напряжения выпрямителя 20, изменяет коэффициент передачи. Причем при уменьшении (увеличении) напряженности электрического полл и, следовательно, напряженйя на датчике 17 коэффициент передачи регулятора 2 1 увеличивается (уменьшается), так как входящий в него полевой транзистор начинает закрываться (открываться). 8 свою очередь сигнал напряжения датчика 17 увеличивается при 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 сопротивления в месте замыкания. При уменьшении значения этого сопротивления сигнал напряжения увеличивается, так как увеличивается напряжение нулевой последовательности в линии, и наоборот. Таким образом наличие корректора 13 обеспечивает также частичную стабилизацию показаний устройства при изменениях величины переходного сопротивления в месте замыкания на землю.

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 напряженность электрического поля и наличие замыкания на землю и обрывов проводов, По сравнению с прототипом предложенное устройство позволит повысить точность измерений, и тем самым уменьшить время отыскания места однофазного замыкания на землю, Формула изобретения

1, 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, I третьего усилителя, выпрямителя и регулятора. блок управления и индикатор, причем

1764005

Фиг. 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 уп- 5 равления, 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 вхо- 10 дом индикатора и с первым входом второго усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, дополнительно введены третий фильтр, настроенный на частоту контролируемого 15 сигнала, три квадратора и вычислитель квадратного корня, первый усилитель контролируемого сигнала выполнен суммирующим, а магнитный датчик содержит третью катушку индуктивнрсти с разомкнутым маг- 20 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;

2.Устройство по и. 1, отл ича ю щеес я тем, что в качестве индикатора использован цифровой индикатор с аналого-цифровым преобразователем на входе.

1764005

Air. Р

Составитель А.Иванов

Редактор М,Кузнецова Техред М.Моргентал

Корректор Н.Милюкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3455 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5