Устройство для обнаружения аномальных токов

 

Союз Советск их

Социапистичесиик

Республик

OП ИСAН И Е (ш892320

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 04 ° 12 ° 79 (21) 2847803/18-21 с присоединением заявки ЭЙ (23) Приоритет " (51)М. Кл.

G 01 R 19/00

5Ьеударетаанаый камнтет

СССР ао дааам нзобретеннй н открытнй

Опубликовано 23.12*81 ° Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 23 (53) Уд К 621. 317.. .7(088.8) (72} Авторы изобретения

С. И. Корищ и С. В. Кислых

Э 1

1

Уральский филиал Всесоюзного научнё-исследовательскогО и конструкторского института "Цветметавтоматика" (7l ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ АНОМАЛЬНЫХ

ТОКОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для обнаружения токовых нагрузок в цепях постоянного и пульсирующего токов.

Преимущественная област ь использования - обнаружение коротких замыканий между электродами медерафинировочных электролизеров.

Известно устройство для обнаружения аномальных токов, содержащее два датчика напряженности магнитного поля, располагаемых на различных расстояних от контролируемой шины или катодной штанги (в случае контроля токовой нагрузки катодов при рафинировании металлов). Сигналы с датчиков поступают на измерительный блок, в котором формируется разностный сигнал.

Последний сравнивается с допустимым пороговым значением, и в результате сравнения обеспечивается обнаружение аномального тока 11).

Недостатком устройства является необходимость использования двух дат2 чиков и их подбора с целью обеспечения идентичных метрологических характеристик, а также дифференциальной схемы обработки информации с датчиков.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для обнаружения аномальных токов, содержащее чувствительный элемент в виде катушки индуктивности с немагнитным сердечником, измерительный и пороговый блоки для анализа амплитуды импульса, снимаемого с чувствительного элемента. Катушка индуктивности расположена на клещеобразном захватном приспособлении, открытом в нормальном состоянии. При установке на контролируемую шину .или катодную штангу захваты закрываются. При этом катушка пересекает магнитные силовые линии вблизи катодной штанги, в результате чего в катушке наводится импульс ЗДС, амплитуда которого пропорциональна контролируемому току f21., 892320

Недостатком устройства является его низкая надежность в связи с необходимостью использования подвижных узлов в чувствительном элементе, что не позволяет обеспечить длительную качественную работу устройства, например, в сложных условиях медерафини-. ровочного производства: при наличии агрессивных паров серной кислоты, повышенной температуре. Необходимым условием нормальной работы устройства является обеспечение постоянной скорости перемещения захватов при их закрывании независимо от усилия установ ки у ст рой ста а н а контроли руемую катодную штангу. Несмотря на(наличие ,в известном устройстве ряда специальных демпфирующих приспособлений, предназначенных для выполнения этого требования, дли тел ьная работа в указанных сложных условиях приводит к изменению скорости хода эахватоа, что вызывает расстройку устройства и приводит к большой погрешности изме" рения тока.

Дру ги м недо ст ат ком у строй ст ва, приводящим к большой погрешности обнаружения аномальных токов, является влияние на результат измерения тока в данной шине магнитного поля сосед" них шин (или магнитного поля сосед" них катодных штанг а случае электро рафинирования металлов) . Например, при контроле токовой нагрузки катодов в ванне при рафинировании меди,су" щественное влияние на результат изме- . рения оказывает расположенные на близком расстоянии катодные штанги соседних электродов. Это объясняется тем, что в исходном состоянии захваты устройства открыты и приближены к соседним электродам. При этом устройство реагирует не только на магнитное поле контролируемого катода, но и на магнитное поле соседних катодов, что существенно искажает результат измерения.

Кроме того, недостатком известного устройства является низкая помехоза" щищенность по îfíoøåíèþ к импульсным помехам. Последние являются наиболее характерными для условий злектрорафинирования металлов. Они вызываются включением и отключением электролизеров, появляются при возникновении коротких замыканий между электродами в ванных, возникают при искрениях в роликах кранов, перемещающихся по цеху. мер пермаллоя. Пластины электрически изолированы одна от другой диэлектриком 4, например слоем эпоксидной

45 смолы. Катушка 1 индуктивности включена через раздельный конденсатор 5 в контур автогенератора на транэистсре 6 между его коллектором и базой.

Первый конденсатор 7 колебательного

50 кснтура включен между базой транзистора 6 и общей шиной 8, второй конденсатор 9 включен между коллектором и общей шиной 8. Коллекторная цепь транзистора 6 подключена к истсчнику питания через постоянный резистор 10, а базовая - через переменный резистор 11. Эмиттер транзистора 6 соединен с общей шиной 8 че"

5 о

15 о

З5

Полезным сигналом известного устройства является импульс ЭДС, возникающий в катушке чувствительного элемента при закрывании захватов.

Поскольку помеха имеет также импульсный характер, то, поступая на вход измерительной схемы или складываясь с полезным сигналом, она существенно влияет на работу устройства, Цель изобретения - повышение надежности,увеличение помехозащищенности и повышение чувствительности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что s устройстве, содержащем последовательно включенные элемент в виде катушки индуктивности с сердечником, измерительный и пороговый блоки, сердечник выполнен из магнитномягкого материала в аиде пакета П-образных, электрических изолированных друг от друга пластин, а измерительный блок выполнен в виде автогенератора на транзисторе, при этом катушка индуктивности включена между коллектором и базой транзистора, емкости подклюцены между общей шиной, базой и коллектором транзистора, коллекторная цепь которогG подключена к источнику питания через постоянный резистор, базовая - через переменный резистор, а эмиттер соединен с общей шиной через резистор отрицательной обратной связи, причем вход порогового блока сс единен с коллектором транзистора.

На чертеже изображена схема пред" лагаемого устройства.

Устройство содержит чувствительный элемент в виде катушки 1 индуктивност с сердечником 2, представляющим собой пакет П-образных пластин

3 из магнитномягкого материала, напри5 89232 рез резистор 12 отрицательной обратной связи. Поро го вая схема выполнена в виде ждущего мультивибратора 13, Контролируемая шина 14 расположена между вертикальными сторонами П-образ- 5 ного сердечника 2. Один из возможных вариантов ждущего мультивибратора 13 содержит два пороговых логических элемента t5 и 16, времязадающую цепь, состоящую из резистора 17 и конденса" 16 тора 18, и индикатор 19 состояния мультивибратора 13, Устройство работает следующим образом.

Чувствительный элемент в виде ка- t5 тушки 1 индуктивности, расположенной на сердечнике 2, устанавливается на контролируемую шину 14 (или катодную штангу в случае рафинирования металлов) . При этом сердечник 2 оказывает- 20 ся в магнитном поле контролируемой шины 14. Иагнитная проницаемость сердечника 2 является однозначной функцией индукции магнитного поля, в которое помещен сердечник 2. Увеличение маг- 25 нитной индукции приводит к снижению магнитной проницаемости сердечника 2,,а ее уменьшение вызывает увеличение магнитной проницаемости сердечника

:2. Индуктивность катушки 1 пропорци ональна магнитной проницаемости сердечника 2. Поскольку увеличение тока, протекающего через шину 14, приводит к увеличению индукции магнитного поля, то это вызывает уменьшение индуктивности катушки 1.. При уменьшении тока через шину 14 индуктивность катушки 1 увеличивается.

Изменение индуктивности катушки 1 приводит к изменению эквивалентного сопротивления R колебательного контура автогенератора:

L Ос Ж где 1 - индуктивйость катушки;

С<- результирующая контурная емкость;

r " сопротивление потерь контура при его последовательном обходе.

Изменение Roc приводит к изменению амплитуды установившихся колебаний автогенеРатоРа: Увеличение Rpc,сопРовождается ростом амплитуды колебаний, а его уменьшение приводит к уменьшению колебаний. Таким образом, при

5S увеличении тока через контролируемую шину 14 амплитуда генерируемых колебаний уменьшается. Уменьшение же

0 б тока через шину 14 приводит к увеличению амплитуды колебаний.

Введение отрицательной обратной связи с помощью сопротивления R делает величину, обратную коэффици"

1 ос с„-су. ь зависящей от индуктивности катушки

1 (В - сопротивление резистора 12, r - сопротивление потерь контура, L - -индуктивность катушки 1). При этом с уменьшением индуктивности растет. Следовательно, чувствительность предлагаемого устройства повышается за счет введения резистора 12 отрицательной обратной связи. Для того, чтобы при наличии отрицательной обратной связи условия самовозбуждения все же выполнялись, необходимо, с чтобы "1 или y " 1,что

С -Ск 7Pog C„-Ск 4 легко достигается правильным выбором резистора 12.

Коллекторная цепь транзистора 6 питается через резистор 10. Поэтому коллекторное напряжение описывается следующей формулой

U„() = U p- 0, „,сов ш й, (2) где О =Еп - I

11СО - постОянная состаВляющая коллекторного тока;

R< — сопротивление ре" зистора 10

Минимальное значение коллекторного, напряжения получается из выражения, (2),1 если в нем положить соим =*1;

Кмис uUkp uк мОкс> (3) где Ц м „- амплитуда коллекторного напряжения.

Поскольку амплитуда коллекторного напряжения U< < зависит от индуктивности катушки 1, U „„„ также является функцией индуктивности катушки 1, а, следовательно, тока через контролируемую шину. Следовательно, по минимальным значениям коллекторного напряжения устройство можно проградуировать в значениях тока через контролируемую вину.

Из соотношения (3) следует также, чтодля градуировки устройства можно ис892 320 пользовать Ugg, Действительно, зафиксируем Ок „„д„на некотором определенном постоянно уровне. Это означает, что для каждого значения изменяющейся амплитуды коллекторного напряжения

U подбирается такое значение 0 чтобы разность в правой части выражен ния (3) была постоянной 1к,мри= "кочс г- 0к,мс кс ч (4) где U - регулируемое значение постоянной составляющей коллекторного напряжения;

0 мо -„ изменяющееся значение амплитуды коллекторного напряжения.

Для регулировки постоянной составляющей коллекторного напряжения базовая цепь транзистора питается через переменный резистор 11. Изменение с помощью переменного резистора 11 базового тока 1 приводит к изменению постоянной составляющей коллекторного тока I = Sl (8 - коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером), а. следовательно, и постоянной составляющей коллекторного напряжения

Око Е 8 Ю <о

Таким образом, положения движка переменного резистора 11 могут быть .проградуированы е значениях тока, протекающего через контролируемую, шину, если имеется пороговый блок, который позволяет зафиксировать достижение коллекторным напряжением некоторого определенного минимального значения при изменении положения движка переменного резистора 11.

8 качестве такого порогового блока в предлагаемом устройстве используется ждущий мультивибрвтор 13. Он запускается в том случае, когда напряжение на его входе достигается минимального значения U> . После запуска мультивибратор генерирует импульс, длительность которого определяется постоянной времени цепи из конденсатора 18 и резистора 17. 8 течение времени генерирования импульса напряжение на индикаторе 19 состо яния(мультивибратора мало, индикатор выключается (например, лампочка гаснет). Вход мультивибратора 13 блокируется на время, равное длительности генерируемого импульса, поэтому он оказывается нечувствительным к возрастанию коллекторного напряжения сверх уровня U После окончания пор импульса напряжение на выходе мультивибратора кратковременно повышается, однако при очередном достижении коллекторным напряжением значения

U„, мультивибратор 13 снова запустится ° Если длительность импульса мультивибратора 13 превышает период колебаний автогенератора, то время, B течение которого на выходе мультивибратора низкое напряжение, значительно превышает время, когда это напряжение велико. Если для анализа состояния мультивибратора 13 используется достаточно инерционный, например визуальный индикатор 19, то наблюдатель фиксирует погасание индикатора, когда амплитуда колебаний автогенератора велика и минимальное значение напряжения на коллекторе транзистора б меньше уровня срабатывания мультивибратора 13. Это означает, что аварийная сигнализация отсутствует, когда ток через контролируемую шину меньше выбранного порогового значения, установленного по шкале, связанной с движком переменного резистора 11.

Когда ток через контролируемую шину 14 превышает выбранное пороговое значение, амплитуда колебаний .автогенератора уменьшается настолько, что минимальное значение напряжения на коллекторе транзистора 6 превы35 шает уровень Ut, . При этом мультивибратор 13 не запускается, напряжение на его выходе велико и аварийная сигнализация срабатывает (например, индикатор 19 загорается и горит постоянно).

Таким образом. в предлагаемом устройстве совмещены функции пороговой аварийной сигнализации о повышении током через контролируемую шину

45 14 некоторого порогового значения с воэможностью измерения тока через шину 14, В последнем случве переменный резистор 11 плавно вращается до тех пор, пока не "срабатывает индика5в тор 19 состояния мультивибратора 13.

1Прекратив после этого вращение резистора 11,по шкале, связанной с его движком, производится эа отсчет контролируемого тока.

55. Основной эффект от использования предлагаемого устройства может быть получен на медерафинировочных предприятиях за счет повышения точности

892320

Формула изобретения

Составитель Т. Веремейкина

Редактор Н. Пушненкова Техред А.Савка Корректор Г. Огар

Заказ 11243/бб Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35 Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная, 4 обнаружения коротких замыканий между электродами в ванных. Это позволит увеличить производительность оборудования и снизить расход электроэнергии.

1. Устройство для обнаружения аномальных токов, содержащее последовательно включейные чувствительный элемент в виде катушки индуктивности с сердечником, измерительный и пороговыйблоки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения помехозащищенности, сердечник выполнен из магнитномяг. кого материала в виде пакета П-образных, электрически изолированных друг от друга пластин.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения чувствительности устройства, измерительный блок выполнен в виде автогенератора на транзисторе, при этом катушка индуктивности включена между коллектором и базой транзистора, емкости подключены между общей шиной, коллектором и базой транзистора, коллекторная цепь которого подключена к источнику питания о через постоянный резистор, баэоваячерез переменный резистор, а эмиттер соединен с общей шиной через резистор отрицательной обратной связи, вход порогового блока соединен с коллен Б тором транзистора.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии 11 52-15990, кл. 110 В 7, опублик. 1952 °

2 . Патент США У 3753104; кл. 324-117,, опублик. 1971 (прототип) .