Устройство для регистрации магнитных полей в системах электроснабжения

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ(71) Заявитель Горностай Александр Владимирович(72) Авторы Горностай Александр ВладимировичРолик Юрий Анатольевич(73) Патентообладатель Горностай Александр Владимирович(57) Устройство для регистрации магнитных полей в системах электроснабжения, содержащее датчик магнитного поля, дифференциальный усилитель, блок питания, электронный ключ и блок звуковой сигнализации, причем входы дифференциального усилителя соединены с выходами датчика магнитного поля, а выход подключен к управляющему входу электронного ключа, силовой вход которого подключен к первому выходу блока питания, а выход - к первому входу блока звуковой сигнализации, второй вход которого подключен ко второму выходу блока питания, при этом блок звуковой сигнализации выполнен на последовательно соединенных импульсном генераторе и громкоговорителе,отличающееся тем, что датчик магнитного поля выполнен в виде волоконного интерферометра Маха-Цендера, в одно из плеч которого помещен световод с нанесенным на его поверхность покрытием из магнитострикционного материала. 65012010.08.30 Полезная модель относится к области техники, осуществляющей измерение магнитных полей с помощью магнитострикционных и оптиковолоконных свойств материалов в системах передачи и распределения электроэнергии, обусловленных протекающими в них токами. Известно устройство для измерения градиента магнитного поля, выполненное с использованием датчиков Холла, источника напряжения постоянного тока, дифференциального усилителя и индикатора, при этом первый вход дифференциального усилителя соединен с выходом датчика Холла, а выход - с соответствующими входами индикатора 1. Недостатком такого устройства является то, что с его помощью нельзя регистрировать магнитное поле и оповещать обслуживающий персонал при приближении к электроустановкам, находящимся под напряжением, в результате чего снижается электробезопасность в процессе обслуживания и возрастает электротравматизм. Известно также устройство для регистрации магнитных полей в системах электроснабжения 2 (прототип), содержащее датчик магнитного поля, дифференциальный усилитель, блок питания, электронный ключ и блок звуковой сигнализации, причем входы дифференциального усилителя соединены с выходами датчика магнитного поля, а выход подключен к управляющему входу электронного ключа, силовой вход которого подключен к первому выходу блока питания, а выход - к первому входу блока звуковой сигнализации, второй вход которого подключен ко второму выходу блока питания, при этом блок звуковой сигнализации выполнен на последовательно соединенных импульсном генераторе и громкоговорителе. Недостатком этого устройства является его низкая чувствительность при регистрации магнитных полей малой напряженности, возникающих в системах передачи и распределения электроэнергии под действием протекающих в них малых токов утечки, а также влиянием помех, обусловленных крупногабаритными металлическими конструкциями электроустановок и магнитным полем земли. При этом в процессе использования такого устройства при приближении к токоведущим частям электроустановок, находящимся под напряжением, для предупредительной сигнализации обслуживающего персонала необходимо постоянно подстраивать прибор с целью исключения его ложных срабатываний. Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции устройства для регистрации магнитных полей в системах электроснабжения и повышение его чувствительности, в частности, при регистрации магнитных полей малой напряженности, обусловленных, например, токами утечки и емкостными токами, что позволит повысить качество обслуживания электроустановок и снизить электротравматизм. Это достигается тем, что устройство для регистрации магнитных полей в системах электроснабжения, содержащее датчик магнитного поля, дифференциальный усилитель,блок питания, электронный ключ и блок звуковой сигнализации, причем входы дифференциального усилителя соединены с выходами датчика магнитного поля, а выход подключен к управляющему входу электронного ключа, силовой вход которого подключен к первому выходу блока питания, а выход - к первому входу блока звуковой сигнализации,второй вход которого подключен ко второму выходу блока питания, при этом блок звуковой сигнализации выполнен на последовательно соединенных импульсном генераторе и громкоговорителе, отличается тем, что датчик магнитного поля выполнен в виде волоконного интерферометра Маха-Цендера, в одно из плеч которого помещен световод с нанесенным на его поверхность покрытием из магнитострикционного материала. На фигуре показана схема устройства для регистрации магнитных полей в системах электроснабжения. Устройство содержит датчик магнитного поля 1, дифференциальный усилитель 2,блок питания 3, электронный ключ 4 и блок звуковой сигнализации 5. Электронный ключ 4 включен между дифференциальным усилителем 2 и блоком звуковой сигнализации 5. 2 65012010.08.30 Входы дифференциального усилителя 2 соединены с выходами датчика 1, а его выход подключен к управляющему входу электронного ключа 4. Силовой вход электронного ключа 4 подключен к первому выходу блока питания 3, а выход - к первому входу блока звуковой сигнализации 5. Второй вход блока звуковой сигнализации 5 подключен ко второму выходу блока питания 3. Блок звуковой сигнализации 5 выполнен на последовательно соединенных импульсном генераторе 6 и громкоговорителе 7. Датчик магнитного поля 1 выполнен в виде волоконного интерферометра МахаЦендера и содержит пьезоэлектрический цилиндр 8, инерционный элемент 9, световоды 10 и 11, светодиоды 12 и 13, фотоприемники 14 и 15. Дифференциальный усилитель 2 предназначен для усиления рабочих сигналов, поступающих с выходов фотоприемников 14, 15, и управления ключом 4. Блок питания 3 предназначен для питания импульсного генератора 6, создающего предупредительные сигналы в громкоговорителе 7 при приближении датчика 1 к токоведущим частям электроустановок, находящихся под напряжением. Электронный ключ 4 управляет работой импульсного генератора 6 по сигналам с выхода дифференциального усилителя 2. Громкоговоритель 7 воспроизводит предупредительные звуковые сигналы при приближении к токоведущим частям электроустановок, находящихся под напряжением. Пьезоэлектрический цилиндр 8 обеспечивает ускорение инерционного элемента 9, т.е. перемещение этого элемента в направлениях, показанных на фигуре стрелками, необходимое для нормальной работы датчика 1. Для этого на пьезоэлектрический цилиндр 8 подается синусоидальное напряжение от специального источника, который на схеме не показан. Инерционный элемент 9 представляет собой определенную массу из ненамагничиваемого материала, соединенную внутри пьезоэлектрического цилиндра 8 со световодами 10 и 11. Инерционный элемент 9 при подаче на пьезоэлектрический цилиндр 8 синусоидального напряжения начинает колебаться, при этом под действием возникающего ускорения а он перемещается в направлениях, указанных стрелками, чем обеспечивает перемещение связанных с ним световодов 10 и 11, необходимое для нормальной работы интерферометра. Световоды 10, 11 используются в качестве чувствительного элемента датчика 1 и соединены с инерционным элементом 9. Каждый из световодов 10, 11 включен в одно из плеч интерферометра, что увеличивает их чувствительность. При этом один из световодов(далее в описании - световод 10) имеет нанесенный непосредственно на его поверхность слой магнитострикционного материала. При работе датчика 1 в результате изменения размеров световода 10 под воздействием возникающего магнитного поля в этом плече интерферометра возникает дополнительный сдвиг фазы световой волны, что позволяет в конечном итоге снимать сигнал, пропорциональный изменению напряженности внешнего магнитного поля. Светодиоды 12 и 13 служат для создания необходимых световых потоков в световодах 10 и 11. Фотоприемники 14 и 15 необходимы для преобразования световых потоков, поступающих от светодиодов 12 и 13, в электрические сигналы. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы оператор вдали от электроустановки включает питание устройства. Пьезоэлектрический цилиндр 8 под действием синусоидального напряжения начинает колебаться и перемещает инерционный элемент 9 в направлениях, показанных на фигуре стрелками. Световоды 10 и 11, соединенные с инерционным элементом 9, также начинают перемещаться в указанных направлениях. При этом происходит изменение относительной длины световодов 10 и 11 пропорционально возникающему ускорению а. При продольном воздействии усилий на световоды 10 и 11 происходит их удлинение,3 65012010.08.30 приводящее к изменению фаз излучений от светодиодов 12 и 13, пропускаемых через эти световоды. В случае отсутствия внешнего магнитного поля возникающий фазовый сдвиг в световодах 10 и 11 одинаковый и на входы усилителя 2 с выходов фотоприемников 14 и 15 поступают одинаковые сигналы, соответственно на выходе усилителя 2 отсутствует управляющий сигнал, электронный ключ 4 закрыт и звуковой генератор 6 не работает. При приближении к токоведущим частям электроустановки, находящейся под напряжением, на расстоянии 810 м на датчик 1 начинает действовать магнитное поле, возникающее в токоведущих частях вследствие протекания по ним токов согласно закону БиоСаварра-Лапласа. Возникающее магнитное поле приводит к дополнительному изменению размеров световода 10 вследствие нанесенного на его поверхность слоя магнитострикционного материала, в результате чего в этом плече интерферометра возникает дополнительный сдвиг фазы излучения от светодиода 12. Это изменение регистрируется фотоприемником 14, фототок которого изменяется и становится отличным от фототока фотоприемника 15. Сигналы с выходов фотоприемников 14 и 15 поступают на входы дифференциального усилителя 2. Полученный в результате сигнал рассогласования усиливается дифференциальным усилителем 2 и подается на управляющий вход электронного ключа 4. Электронный ключ 4 открывается и второй потенциал блока питания 3 по силовой цепи прикладывается к импульсному генератору 6. Генератор 6 включается и генерирует сигналы, которые и воспроизводит громкоговоритель 7, осуществляя звуковое оповещение обслуживающего персонала элетроустановки. При выходе из зоны действия магнитного поля датчик 1 улавливает это изменение, сигнал на выходе усилителя 2 прекращается, электронный ключ 4 закрывается, генератор 6 обесточивается и звуковое оповещение прекращается. Полезная модель позволяет повысить чувствительность устройства для регистрации магнитных полей в системах электроснабжения, в частности магнитных полей малой напряженности, обусловленных, например, токами утечки и емкостными токами, и тем самым повысить качество обслуживания электроустановок и снизить электротравматизм. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4