Устройство для регистрации магнитных полей в системах электроснабжения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ(71) Заявитель Горностай Александр Владимирович(72) Авторы Горностай Александр Владимирович Гончар Анатолий Андреевич Горновский Иван Юрьевич Кульчинский Никита Николаевич(73) Патентообладатель Горностай Александр Владимирович(57) Устройство для регистрации магнитных полей, 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, причем 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, отличающееся тем, что в другое плечо интерферометра помещен световод с нанесенным на его поверхность покрытием из магнитострикционного материала с противоположным эффектом магнитострикции.(56) 1. А.с. СССР 463934, МПК 01 33/06, 1973. 2. Патент на полезную модель РБ 6501, 2010. 96582013.10.30 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. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для регистрации магнитных полей, 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, причем 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 2 - прототип. Недостатком этого устройства является его недостаточная чувствительность при регистрации магнитных полей малой напряженности, возникающих в системах передачи и распределения электроэнергии под действием протекающих в них малых токов утечки. Задача, которую решает данная полезная модель, заключается в повышении чувствительности устройства, в частности при регистрации магнитных полей малой напряженности, обусловленных, например, токами утечки и емкостными токами, и тем самым в повышении качества обслуживания электроустановок и снижении электротравматизма. Эта задача достигается тем, что в устройство для регистрации магнитных полей, 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, причем 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, а в другое плечо, согласно полезной модели - световод с нанесенным на его поверхность покрытием из магнитострикционного материала с противоположным эффектом магнитострикции. На фигуре показана схема устройство 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. 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 2 96582013.10.30 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 фигуре 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. При этом один из световодов (например, 10) имеет нанесенный непосредственно на его поверхность слой магнитострикционного материала с положительным эффектом, а другой - с отрицательным эффектом магнитострикции. При работе датчика 1 в результате изменения геометрических размеров световодов (в рассматриваемом случае увеличение для световода 10 и уменьшение для световода 11) под воздействием возникающего магнитного поля в каждом плече интерферометра возникает дополнительный сдвиг фазы световой волны, что позволяет в конечном итоге получать сигнал, пропорциональный изменению напряженности внешнего магнитного поля с обоих плеч интерферометра. 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,приводящее к изменению фаз излучений от светодиодов 12 и 13, пропускаемых через эти световоды. В случае отсутствия внешнего магнитного поля возникающий фазовый сдвиг в 3 96582013.10.30 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, находящимся 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 обоих световодов 10 и 11 вследствие нанесенного на их поверхность слоя магнитострикционного материала с противоположными магнитострикционными эффектами. В результате этого в каждом плече интерферометра возникает дополнительный противоположный сдвиг фазы излучения от светодиодов 12, 13. Эти изменения регистрируются фотоприемниками 14 и 15, сигналы с выходов которых 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. Таким образом, использование полезной модели позволяет повысить чувствительность устройства для регистрации магнитных полей, возникающих в системах передачи и распределения электроэнергии под действием протекающих в них малых токов утечки, и тем самым повысить качество обслуживания электроустановок и снизить электротравматизм. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4