Способ измерения напряженности вращающегося электрического поля и устройство для его осуществления

(19)1) 4(51) С 01 К 29/ БРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ Ет ТВ(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, В 1, с, 16-19.3. Авторское свидетельство СССР У 718807, кл, С 01 К 29/08, 1974 (прототип). леду лек(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 Еи минимального Е ,значений модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения 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 максиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ. ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ПИСАНИЕ И мального значенияГм модуля напрямаксженности исследуемого вращающегосяэлектрического поля и измеряют время Ь 6 до достижения нулевого значения модля Е компоненты напряженности вращающегося электрическогополя, определяют по измеренной величине 01 угол 1) преобладающейполяризации по формулесмиН1) =агсЯ,1 с й,максгде И - круговая частота иссемого вращающегося этрического поля,затем по величинам измеренных компонент 5, Е , Е модуля напряженности исследуемого вращающегося электрического поля определяют координатную плоскость, в которой модульнапряженности исследуемого вращающегося электрического поля поляризован эллиптически или по кругу,при этом минимальное значение разности зафиксированных моментов времени соответствует правому вращениюисследуемого вращающегося электрического поля, а максимальная разность - левому вращению.2, Устройство для измерения напряженности вращающегося электрического поля, содержащее трехкомпонент"ный датчик, три квадратора, выходы которых через сумматор соединеныс входом блока извлечения квадратного корня, и регистратор, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповьппения точности измерений путемопределения угла преобладающей поляризации и направления вращения, внего введен блок программного пере 1161ключения, включенный между выходами трехкомпонентного датчика и входами квадраторов,между выходом блока извлечения квадратного корня и первым входом регистратора включены последовательно временной селектор, первый 18 триггер, б -вход которого соединен с первым выходом трехкомпонентного датчика через, введенный пороговый блок, и первый интегратор, между вы- ходом блока извлечения квадратного корня и вторым входом регистратора последовательно включены первый компаратор, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока програм- много переключения, второй В 5 -триггер и второй интегратор, при этом 5-вход второго 15 -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 911этом вход первого нормально замкнутого ключа является первым входом блока программного переключения,а его выход - первым выходом блокапрограммного переключения и соединенс входами пятого и третьего нормально разомкнутых ключей, входвторого нормально замкнутого ключаявляется 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 соединенс 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 свыходом 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 и.Известно устройство для измерения напряженности вращающегося электрического поля, содержащее поляризационные разделители и анализаторы, выполненные в виде антенн с правой и левой поляризацией 12., Однако указанные способ и устройство измерения напряженности вращающегося электрического поля необеспечивают высокую точность иэме рений. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения напряженности вра щающегося электрического поля,включающий измерение с помощью датчиков трех взаимно ортогональныхкомпонент напряженности Е Е, Е исследуемого вращающегося электричес кого поля и определение по ним максимального Г и минимального Г знаМсе кс минчений модуля напряженности исследуемого вращающегося электрическогополя 2 .нормально замкнутого ключа являетсятретьим входом блока программногопереключения и соединен с входамичетвертого и второго нормально разомкнутых ключей, выход третьегонормально разомкнутого ключа является четвертым выходом блока программного переключения и соединен с выходами первого и второго нормально10разомкнутых ключей, выход шестогонормально разомкнутого ключа является пятым выходом блока программногопереключения и соединен с выходамипятого и четвертого нормально разомкнутых ключей.На фиг.1 приведена структурнаяэлектрическая схема устройства дляизмерения напряженности вращающегосяэлектрического поля, на фиг.2 и 3;временные диаграммы, поясняющие работу устройства для измерения напряженности вращающегося электрическогополя, на фиг.4 - структурная электрическая схема блока программного переключения,Устройство для измерения напряженности вращающегося электрическогополя содержит трехкомпонентный датчик1, три квадратора 2,3 и 4, выходыкоторых через сумматор 5 соединены свходом блока 6 извлечения квадратногокорня, и регистратор 1, блок 8 программного переключения, временнойселектор 9, .первый Ю -триггер 10,пороговый блок 11, первый интегратор 3512, первый компаратор 13, второй115 -триггер 14 и второй интегратор15, второй компаратор 16.Блок 8 программного переключениясодержит первый, второй и третий 40нормально замкнутые ключи 17, 18 и19, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой нормально разомкнутые ключи 20-25.Способ измерения напряженности 43вращающегося электрического поля реализуется следующим образом.При измерениях трехкомпонентныйдатчик 1 ориентируют измерителем ЕЕкомпоненты по вертикали и в горизонтальной плоскости, например, помагнитному полю Земли.Измерение угла преобладающей поляризациипроизводят следующим образом. Фиксируют два момента, когда модуль Е(С) достигает максимума(фиг.2 а) и при достижении Е-компонентой нулевого значения (фиг.2 б). Фиксация осуществляется путем формирования в эти моменты 1, и 1 импульсов (фиг.2 в, г),Затем измеряют разность зафиксированных моментов б(фиг,2 д), формируя импульс, длительность которого равна б 1 . Измеренное значениесвязано с углом преобладающей поляризациизависимостьюМину.агс Яи д 1Е мжсИзмерение направления вращения заключается в следующем. Предположим,что плоскость поляризации перпендикулярна к плоскости 0, угол эллипса преобладающей поляризации составляет о . Поле вращается по часовой стрелке. Направление вращенияполя в плоскости определяется со стороны положительного направления оси,перпендикулярной данной плоскости,На фиг.За показана проекция эллипсана плоскость 0 У . Здесь же показаноположение пары датчиков из трехкомпонентных датчиков, расположенныхв этой плоскости. При измерении фиксируют два момента (11 и 1 ), в которые мгновенные значения модуля вэтой плоскости (фиг,Зб) равны сигналам Еи Е ц -компонент на выходах датчика (фиг, Зв, д), и формируют в эти моменты импульсы(фиг.Зг, е). Затем измеряют разностьзафиксированных моментов, формируяимпульс длительностью Ь 1 (фиг.Зж).Аналогично формируется импульсдлительностью 61 при вращении поиля в противоположном направлении,Согласно данному способу измерения при любой эллиптичности поляризации и произвольном углевыполняются равенствад 1 =соов 1; И -совы, й а 1"=Т,где Т - период вращения модуля.Так как при поляризации по направТлению часовой стрелки 6= в а припротивоположной д 1 = Т, то эти направления уверенно различаются по длительности измеренных значений импульсов.Аналогично направление вращения определяется по проекции эллипса на другие координатные плоскости ЕОХ и ХО 1.Нри измерении согласно предлагаемому способу определяют координатнуюплоскость, в которой проекция эллипса поляризации, лежащего .в общем случае в наклонной плоскости, также является эллипсом (кругом). После этого производят измерение направления эвращения согласно вышеуказанной последовательности операций,В том случае, если плоскость поляризации перпендикулярна одной из координатных плоскостей, то эллипс про фектируется на эту плоскость в линию.При этом при определении направления вращения модуля в данной плоскости импульсы д. и 61 не формируются.Иэ вышеназванного следует, чтодостоинством предлагаемого способаизмерения является возможность измерения угла преобладающей поляризации и направления вращения при различных видах поляризации, не только ффэллиптической или круговой, например типа "деформированный" эллипс.Это достоинство особенно важно, таккак в реальных условиях при измеренных напряженностях поля фактическая ффполяризация под влиянием различныхпомех может оказаться не чисто эллиптической или круговой.Трехкомпонентный датчик 1, состоящий из датчиков трех компонент ГЗО31Е,предназначен для преобразованиянайряженности поля в электрическиесигналы, пропорциональные соответствующим компонентам поля. Трехкомпонентный датчиквыполнен в формесферы, на которой размещены во взаимно ортогональных координатныхплоскостях три конденсаторных преобразователя. Верхней обкладкой каждого преобразователя является металлический шаровой сегмент, изолированный от корпуса сферы диэлектрикком. Выходы датчика соединены с тремя входами блока 8 программного переключения, который служит для под-, 43ключения по определенной программевыходов трехкомпонентного датчика1 к входам квадраторов 2,3,4 и квходам компараторов 13, 16,Квадраторы 2,3 и 4 предназначены ЗФдля возведения в квадрат мгновенныхзначений сигналов с выходов трехкомпонентного датчика 1. Выходы квадраторов 2,3 и 4 подключены к сумматору 5, выход которого соединен с вхо- Ядом блока 6. Блок 6 служит для формирования сигналов, пропорциональных мгновенному значению модулявращающегося поля. Выход блока 6 соединен с входом временного селектора 9 и входами 2,3 компараторов 13, 16.Временной селектор 9, первый 88 - 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 Й -входом первого К 5 -триггера 10, б -вход первого триггера 1 О 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 Нб -триггера10 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 б -входами второго 88-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 1во вращающемся электрическом поле,его выходные сигналы, пропорциональные трем компонентам напряженностиполя, поступают на входы блока 8программного переключения, 5В исходном состоянии выходы трехкомпонентного датчика 1 подключены квходам квадраторов 2,3 и 4. При этомпервый, второй, третий, четвертый,пятый и шестой нормально разомкнутыеключи 20-25 разомкнуты и предназначены для подключения выходов трехкомпонентного датчика 1 к входам первого и второго компараторов 13, 16,при их замыкании.15На выходе блока 6 формйруется напряжение, пропорциональное мгновенному значению модуля в момент 1(фиг.2 а), В момент 1, когда напряжение на выходе блока 6 достигаетмаксимума, на выходе временного селектора 9 формируется импульс(фиг.2 в), который запускает первый15-триггер 10 по 1 -входу (фиг.2 д).При достижении нулевого значения-компоненты (фиг,2 б), на выходепорогового блока 11 в момент(фиг,2 г) формируется второй импульс,возвращающий первый Йб -триггер 10по б -входу в исходное состояние ЗО(фиг, 2 д),Длительность сформированного импульса и напряжение на выходе первого интегратора 12 пропорциональныуглупреобладающей поляризации,Выходное напряжение первого интегратора 12 регистрируется регистратором 7. Предположим, что для определения направления вращения поля размыкают третий нормально замкнутый 40ключ 19 и замыкают нормально разомкнутые ключи 22 и 25. При этомвыходы Ги б -компонент трехкомпонентного датчика 1 через нормальноразомкнутые ключи 22 и 25 подключаются к входам первого и второго компараторов 13, 16,На выходе блока 6 формируется напряжение, пропорциональное модулю 6 проекции эллипса поляризации на плоскость ЕО (фиг.Зб). В момент 1 равенства сигнала Е -компонентыЕ(фиг.Зв) и модуля на выходе первого компаратора 13 формируется импульс (фиг.Зг), который запускает по входу второй 85 -триггер 14 (фиг.Зж), В следующий момент 1, когда становятся равными сигналы модуля и Е компоненты (фиг.Зд), на выходе второго компаратора 16 формируется импульс (фиг.Зе), который по Б -входу возвращает второй 5 -триггер 14 в исходное положение. На выходе второго 85 -триггера 14 формируется импульс (фиг,Зж), по длительности1которого Ь определяют направление вращения поля согласно предложенному способу. Постоянная составляющая напряжения на выходе второго интегратора 15, уровень которой характеризует направление вращения, регистрируется регистраторомВ том случае, если при нажатии кнопок трехполюсного кнопочного нажимного выключателя 19 на вход регистратора 7 не поступит уровень напряжения, соответствующий длительности импульсов 61 или Ь 1 , это1 0 свидетельствует о том, что плоскость поляризации сориентирована перпендикулярно 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.комитета СССР тикб., д, 4/5 и о кая по .делам Москва 113 1 "Патент" г. Ужгород, ул. Проек Заказ 3 9В ИИПИ Гос Составитель Р.КуэнецоТехред О.Ващишина Тираж 74 рственного зобретений Ж, Рауш Корректор М.Самборская