Устройство для измерения напряжения прикосновения и шага

(9) 5)5 601 Н 15/12, 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ СВ ЛЬСТВУ 898/21.91, Бюл, М 17ахский сельс зяйственный кий и Л.Д.Кр ахаров, А.М,Рад 17,799 (088,8)иков А. и др. Т , 1975, 1 Ф 5, с. 5 ское свидетель4, кл. 6 01 й 27 ика в сельско тво ССС 20, 1981(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ И ШАГА(21) 4379 (22) 18.02 (46) 07,05 (71) Каз институт (72) А,А.З тов (53) 621,3 (56) Сотн хозяйствеАвтор 1 Ф 102606 при работе в электрических сетях. Цель изобретения-повышение точности иэмерениЪ напряжения прикосновения и шага, Контролитруемый объект присоединяется через клеммы 4, 5 и аттенюатор 6 к входам амплитудных вольтметров 7, 8, периодически обнуляемых с помощью кнопки 9, Блок 10 определения полярности с входами 10.1- 10,4 и выходамии 10.5 - 10,8 с помощью электронных ключей 12, 13 и электронного переключателя 14 полярности осуществляет коммутацию показывающего прибора 15 к выходам амплитудных вольтметров 7, 8 и индикацию полярности полуволн входного напряжения. Кнопка 11 устанавливает блок 10 определения полярности в исходное состояние. 4 ил,Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройетвам для измерения напряжения прикосновения и шага в производственных помещениях с электрооборудованием напряжением до 1 кВ, в частности, на животноводческих комплексах.Цель изобретения - повышение точности измерений,На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг,2 - принципиальная схема блока определения полярности первой от начала замыкания полуволны напряжения прикосновения и шага; на фиг.3 и 4 показаны диаграммы распределения потенциалов на объекте конт роля.Устройство для измерения напряжения прикосновения и шага (фиг.1) содержит двухполупериодный коммутатор 1 с блоком управления и клеммами 2, 3 подключения, а также конструктивно отделенный от коммутатора импульсный вольтметр, содержащий входные клеммы 4, 5, аттенюатор 6 входного сигнала, амплитудные вольтметры положительной 7 и отрицательной 8 полярности, входы которых подсоедины к выходу аттенюатора 6, сдвоенную кнопку 9 сброса показаний амплитудных вольтметров 7 и 8, блок 10 определения полярности первой от начала замыкания полуволны напряжения прикосновения и шага, входы 10.1 и 10,2 которого подключены соответственно к выходам амплитудных вольтметров 7, 8, кнопку 11, подключенную к входам 10.3 и 10.4 блока 10 определения полярности для установки его в исходное состояние, управляемые от выходов 10.5 и 10,6 блока 10 электронные ключи 12, 13, сигнальные входы которых соединены с выходами амплитудных вольтметров 7, 8, а выходы объединены и подключены к входу электронного переключателя 14 полярности, на. выход которого подключен показывающий прибор 15, соединенные с выходами 10.7 и 10.8 блока 10 определения полярности элементы 16, 17 индикации наличия или отсутствия металлосвязи между нулевым проводом сети и металлическими конструкциями производственного помещения (не показаны).Блок 10 определения полярности (фиг.2) содержит сумматор на операционном усилителе 18 и резисторах 19, 20, 21, дифференцирующую цепь положительной полярности, образованную конденсатором 22 и входнымм сопротивлением составного транзистора 23, 24, дифференциальную цепь отрицательной полярности, образованную конденсатором 25 и входным соп ротивлением двухкаскадного усилителя натранзисторах 26,.27, ВЗ-триггер на логических элементах 28.1 и 28,2, КЗ-триггер на логических элементах 28.3 и 28,4, транзисторныее ключи 29, 30, 31, 32, сдвоенную кнопку 11.1, 1.1.2 для установки блока определения полярности в исходное состояние.Сущность работы устройства основана на учете явления переворота фазы напряжения прикосновения и заключается в следующем,На современных животноводческих комплексах и фермах в соответствии с применяемой технологией дойки, поения, уборки помещения используются различные металлоконструкции, проложенные в земле или связанные с ней (водопровод, металлические ограждения стойл, навозоуборочные транспортеры и др), которые по сути своей представляют протяженные горизонтальные заземлители. С целью повышения электробезопасности все металлоконструкции 10 15 20 никами между собой и нулевым проводом сети. Такое соединение значительно снижает напряжение прикосновения и шага эа счет уменьшения потенциала на металлоконструкциях и выравнивания потенциалов в,производственных помещениях, Однако на практике металлосвязь между нулевым проводом сети и металлоконструкциями производственных помещений часто отсутствует, В таких случаях возникает явление изменения полярности первой от начала замыкания полуволны напряжения прикосновения и шага (переворот Фазы); Обьясним причину явления переворота фазы на простейшем примере(см, фиг.З), когда в производственном помещении проложены два параллельных горизонтальных протяженных заэемлителя 33, 34, первый иэ которых металлически связан с нулевым проводом сети, а второй не связан с ним, При однофазном коротком замыкании с первого заземлителя происходит стекание тока, в поле которого находится второй заземлитель, электрический потенциал которого равен потенциалу на поверхности земли, На фиг.3 приведена картина распределения потенциалов для описываемого случая,Распределение потенциала уу на поверхности земли вокруг протяженного горизонтального заземлителя круглого сечения вдоль оси у описывается известным выра- жением-.Ьз ,ле р- удельное сопр1 - длина заземлит вление грунта:я; 25 30 35 40 45 50 должны быть надежно соединены провод 16474171 к.з. - ток короткого замыкания, стекающий с заземлителя,В обшем случае напряжение прикосновения равно разности потенциалов металлоконструкции, к которой прикасаетсячеловек или животное, и пластины, имитирующей ступни человека или копыто животного пластина располагается нарасстоянии 0,8 м от металлоконструкции).Как видно на фиг.3, при измерении напряжения прикосновения между заземлителем33( у 1) и любой точкой поверхности земли,в которой расположена пластина 35 (р),напряжение прикосновенияОпр 1-з= р 1 - рз О.Вэтом случае полярность первой от начала короткого замыкания полувалны напряжения прикосновения всегдаположительно, так как р 1рз,При измерении напряжения прикосновения между заземлителем 34(о 2 ) и точкой36 (рз)Опр 2-з = й рзО,Следовательно, полярность первой атначала замыкания полуволны напряженияприкосновения также положительна, таккак 02 03Однако при измерении напряжениямежду эаземлителем 34 и точкой 35Олрг-з =Ъ - р Ои, следовательно, полярность первой ат начала замыкания полуволны напряженияприкосновения отрицательной, так какргрз, т.е, наблюдается переворот(опрокидывание) фазы напряжения прикосновения,Рассмотрим картину распределенияпотенциалов на поверхности земли окало двух протяженных горизонтальных заэемлителей, металлически связанныхдруг с другом, Как видно из фиг,4, полярность первой от начала замыканияполуводны напряжения прикосновения всегда положительна, так какУ 1 У 3 Ю 2 Р,Р 1 з й Рз .Следовательчо, в этом случае переворота (оп ракидывания) фазы напряжения. прикосновения не возникает. Таким образом, первая от начала замыкания палувална напряжения прикосновения имеетотрицательную полярность только в тамслучае, когда металлоконструкции не имеютмежду собой металлической связи. Следовательно, короткое замыкание следует производить двухпалупериадным коммутатором, а напряжение прикосновения и шага измерять во втором полупериаде 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 независимо от их величин и знака, чта реализовано в устройстве,Устройства работает следующим образом,После подключения двухполупериаднаго коммутатора 1 с блокам управления через клеммы 2 и 3 соответственна к фазе ф и нулевбму проводу сети 0 происходит искусственное короткое замыкание длительностью два палупериода сетевого напряжения, при этом на клеммы 4 и 5, подключенные соответственна к пластине, имитирующей ступню человека или копыта животного, и металлоконструкциям производственнога помещения, падается напряжение прикосновения или шага, Далее через аттенюатор 6 напряжение прикосновения или шага поступает на входы амплитудных вольтметров 7, 8, показания которых до начала измерений сбрасываются кнопкой 9 сброса показаний. При наличии металлосвязи между нулевым проводом сети и ме аллическими конструкциями производственного помещения первая ат начала замыкания палувална наряжения прикосновения и шага имеет положительную полярность в соответствии с принятой настройкой блока управления тиристарнога коммутатора и запоминается амплитудным вольтметром 7 положительной полярности. Когда металласвязь отсутствует, первая от начала замыкания палуволна напряжения прикосновения имеет отрицательную полярность и запоминается амплитудным вольтметром 8 отрицательной полярности.С выхода амплитудного вольтметра 7 или 8 напряжение поступает на вход 10,1 или 10,2 блока 10 определения полярности первой ат начала замыкания полуволны напряжения прикосновения и шага, До начала измерений блок 10 приводится в исходное состояние кнопкой 11.1, 11.2, при этом элементы 16, 17 индикации наличия или отсутствия металласвязи, подключенные соответственно к выходам 10:7, 10,8 блока 10, погашены, а электронные ключи 12 и 13 закрыты, В момент появления на выходе одного из вольтметров 7 или 8 напряжения соответственно положительной или отрицательной полярности (определяется наличием или отсутствием металласвязи) на выходе блока 10 определения полярности формируется сигнал управления электронным ключом 12 или 13 в зависимости ат полярности первой ат начала замыкания палуволны напряжения прикосновения и шага. Сднавременна зажигается элемент 16 или 17 индикации, указывающий на полярность первой. ат начала замькания палуволны напряжения прикосновения и шага, аследовательно, на наличие или отсутствие металлосвязи между нулевым проводом сети и металлическими конструкциями, к которым возможно прикосновение людей или животных. Через электронный ключ 12 или 13, открытый сигналом управления от блока 10 определения полярности. и электронный переключатель 14 полярности вторая полуволна напряжения прикосновения поступает на показывающий прибор 15. Этим обеспечивается измерение напряжения прикосновения и напряжения шага во втором полупериоде независимо от их величин и знака. Тем самым исключаются погрешности измерения напряжения прикосновения и шага как от свободных (апериодических) их составляющих, так и от намагниченности стальных элементов цепи фаза - нуль, вследствие чего общая погрешность измерения не превышает 50.При определении полярности первой от начала замыкания полуволны напряжения прикосновения блок 10(фиг,2) работает следующим образом.В случае, если первая от начала замыкания полуволна напряжения прикосновения имеет положительную полярность (при наличии металлосвязи), то напряжение подается на вход 10,1 сумматора на операционном усилителе 18, с выхода которого проинвентированное напряжение по дается на дифференцирующую цепь положительной полярности, при этом транзисторы 23; 24 открываются и ВЯ-триггер на элементах 28.1 и 28.2 переходит во второе устойчивбе состояние, на выходе элемента 28.2 появляется сигнал логической "1", который открывает транзисторные ключи 30, 31. При открывании транзисторного ключа 31 зажигается элемент 16 индикации наличия металлосвязи(фиг.1), подключенный к выходу 10.7, Открытый транзистор 30 блокирует вход двухкаскадного усилителя на транзисторах 26, 27, при этом вторая отрицательная полуводна напряжения прикосновения не изменяет первого(исходного) состояния ВЯ-триггера на элементах 28.3 и 28.4. На выходе элемента 28.4 присутствует сигнал логического "0", следовательно, транзисторный ключ 32 закрыт, а элемент 17 индикации отсутствия металлосвязи, подключенный к выходу 10.8, погашен. На выходе 10.5 элемента 28.1 присутствует сигнал логического "0", а на выходе 10.6 элемента 28,3- сигнал логической ".1", при этом электронный ключ 12, управляющий вход которого подключен к выходу 10,5, открыт, а электронный ключ 13, управляющий вход которого подключен к выходу 10,6, закрыт, 10 ЗО 35 Наличие у прибора возможности обнаружения отсутствия металлосвязи между нуле 50 15 20 Если первая от начала замыкания полуволна напряжения прикосновения имеет отрицательиую полярность (отсутствие металлосвяэи), то напряжение подается на вход 10,2 сумматора на операционном усилителе 18, с выхода которого проинвертированное напряжение поступает на дифференцирующую цепь отрицательной полярности конденсатора 25, при этом транзисторы 26, 27 открываются и ВЗ-триггер на элементах 28.3, 28,4 переходит во второе устойчивое состояние, на выходе элемента 28,4 появляется сигнал логической "1", который открывает транзисторные ключи 29 и 32. При открывании ключа 32 зажигается элемент 17 индикации отсутствия металлосвяэи, подключенный к выходу 10,8, Открытый транзистор 29 блокирует вход составного транзистора 23, 24, при этом вторая отрицательная полуволна напряжения прикосновения не изменяет первого (исходного) состояния ВЯ-триггера на логических элементах 28.1 и 28.2. На выходе элемента 28,2 присутствует сигнал логического "0", следовательно, транзисторный ключ 31 закрыт и элемент 17 индикации наличия металлосвязи погашен. На выходе 10.5 элемента 28.1 присутствует сигнал логической "1", а на выходе 10.6 элемента 28.3 - сигнал логического "0"; при этом электронный ключ 12, управляющий вход которого подключен к выходу 10.5, закрыт,.а электронный ключ 13, управляющий вход которого подключен к выходу 10.6, открыт. вым проводом сети и металлическими конструкциями производственного помещения позволяет установить одну из главных причин снижения электробезопасности, обусловленного нарушением норм и правил электромонтажных работ. что приводит к увеличениюнапряжения прикосновения в 5-10 раз. Формула изобретения Устройство для измерения напряжения прикосновения и шага, содержащее двухполупериодный коммутатор с блоком управления и клеммами для подключения к объекту контроля, импульсный вольтметр с клеммами для подключения к объекту контроля и показывающий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены аттенюатор, блок.определения полярности, два элемента индикации, два электронных ключа, электронный переключатель полярности, сдвоенная кнопка сброса, сдвоенная кнопка, а импульсный вольтметр содержит амплитуд т 1 7 В 17 10ный вольтметр положительной полярности и амплитудный вольтметр отриицательной полярности, первые входы которых соединены с выходом аттенюатора, вход которого соединен с клеммами для подключения объекта контроля, входы сброса амплитудных вольтметров отрицательной и положительной полярности через сдвоенную кнопку сброса соединены с общим проводом, а их выходы соединены с первыми входами блока определения полярности и входами электронных ключей, входы управления которых подключены к первым выхрдам блока определения полярности, вторые выходы которого соединены с входами соответству ющего элемента индикации, вторые входыблока определения полярности соединены через сдвоенную кнопку с общим проводом, выходы электронных ключей обьединены и через электронный переключатель 10 полярности соединены с входом показывающего прибора.1647417 ставитель В, Степанкинхред М.Моргентал Корректор Л.Бески Редактор Т. Юрчикова при ГКНТ СС здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Производств з 1647ВНИИП Тираж 421 сударственного комите 113035, Москва