CN107192894A - 一种交直流混合电场检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交直流混合电场检测仪，包括：定片，其设置有多个，并且在一圆周内均匀布置，所述定片轮廓呈伯努利扭线状，所述定片固定不动并且通过电阻接地；动片，其设置有多个，并且在一圆周内均匀布置，所述动片呈扇形，所述动片直接接地；所述动片设置在定片的上部，并且定片和动片相互绝缘，所述动片在驱动机构带动下转动，电场从相邻两个动片之间穿过作用到定片上，动片转动到定片上方时能够将电场屏蔽。本发明提供的交直流混合电场检测仪，采用了伯努利曲线型的定片，使用设计的定片结构，能够实现在动片旋转时，暴露于电场中定片面积为正弦性变化。并从数学原理出发推导了该面积变化的数学表，使电场的测量更精准可靠。

Description

一种交直流混合电场检测仪

技术领域

本发明属于电场强度检测设备技术领域，特别涉及一种交直流混合电场检测仪。

背景技术

近年以来我国土地资源日益紧张，在经济发达地区建设新的输电走廊成本较大，且伴随如此多的特高压输电线路建设。这就要求电力行业提高现有输电走廊的利用率，实现紧凑型输电。目前，特高压直流线路与交流线路同走廊架设的情况已经出现。而在超特高压输电线路设计中，地面场强是一个重要的设计原则，因此准确测量交直流线路并行传输走廊地面处的混合电场将对于交直流并行输电线路的设计起到重要指导意义。但是，目前已有的交直流混合电场检测装置，其定片都为扇形结构，无法实现混合电场的准确测量。以上所述的现有的交直流混合电场检测装置的缺点急需改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有扇形结构定片混合电场检测装置无法实现混合电场的准确测量的缺陷，提供了一种采用伯努利扭线定片的交直流混合电场检测仪。

本发明提供的技术方案为：

一种交直流混合电场检测仪，包括：

定片，其设置有多个，并且在一圆周内均匀布置，所述定片轮廓呈伯努利扭线状，所述定片固定不动并且通过电阻接地；

动片，其设置有多个，并且在一圆周内均匀布置，所述动片呈扇形，所述动片直接接地；

所述动片设置在定片的上部，并且定片和动片相互绝缘，所述动片在驱动机构带动下转动，电场从相邻两个动片之间穿过作用到定片上，动片转动到定片上方时能够将电场屏蔽。

优选的是，所述每一个定片的角度为其中n为定片的数量。

优选的是，所述定片和动片均设置有18个。

优选的是，所述驱动机构包括电机和转轴，所述电机驱动转轴旋转；所述动片与转轴固定连接。

一种交直流混合电场测量方法，包括如下步骤：

步骤一、获取与定片连接的电阻上的电压信号；

步骤二、获取与定片连接的电阻阻值，计算得到电流时域信号；

步骤三、对电流时域信号进行频谱分析，得到电流信号的频谱图；

步骤四、由频谱图中特征频率，求取直流电场强度和交流电场强度。

本发明的有益效果是：本发明提供的交直流混合电场检测仪，采用了伯努利曲线型的定片，使用设计的定片结构，能够实现在动片旋转时，暴露于电场中定片面积为正弦性变化。并从数学原理出发推导了该面积变化的数学表，使电场的测量更精准可靠。

附图说明

图1为本发明所述的交直流混合电场检测仪结构示意图。

图2为本发明所述的运行过程工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种交直流混合电场检测仪，包括设置在探头上的动片110和定片120。其中动片110和定片120均设置在转轴130上，动片110设置在转轴130的上部，定片120设置在转轴130的下部，所述转轴130由电机140驱动旋转。动片110与转轴固定连接，能够随着转轴130转动，并且直接接地。所述定片120套设在转轴130上，不随转轴130转动，并通过1个电阻接地。所述动片110和定片120相互绝缘。

所述动片110和定片120均设置有多个，相邻两个动片110之间有扇形孔隙。当动片110转动时，交直流电场通过动片110之间的扇形孔隙时而作用在定片120上，时而又被屏蔽，这样在定片120与地之间产生1个交变的电流信号，通过测量该交变的电流可以推知交直流电场的大小。

假设动片110上共有n个扇形孔隙，每个扇形孔隙的面积为A₀，动片110转动的角速度为w。这样当动片110转动时，定片120暴露于直流电场的总面积随时间的变化A(t)为

上述面积A(t)的计算过程如下：

根据伯努利双纽线的极坐标方程为：

r²＝2a²cos2θ

对于

r²＝2a²cosnθ

在此，称为伯努利n纽线。

因为r²≥0，即cosnθ≥0，可求得θ一取值范围为即每片定片120的角度所以对于伯努利n纽线，对应于n片定片120。

对于每一片定片120，如图2所示，当动片110旋转时，则每一片定片120暴露于电场中的面积随时间变化为：

又因为每一片定片120面积为

因此，计算得到

对于n片定片120，则

若被测直流电场的场强为E，空气的介电系数为ε₀，则定片上感应的电荷Q(t)为：

Q(t)＝ε₀EA(t)

由此可以求得由直流电场感应的电流为：

通过测量i_e(t)可以知道合成电场E。

还需要指出的是，沿电力线移动的离子电流，也通过转动圆片上的扇形孔进入定片，若离子电流密度为j，则进入到下面固定圆片的离子电流为：

由上式可见，进入固定圆片的电流i(t)是由离子电流i_j(t)和感应电流i_e(t)两个分量组成，其感应电流i_e(t)和i_j(t)相角正好差90°。按理，如能准确区分和测量i_e(t)和i_j(t)两个分量，利用该仪器可同时用来测量合成电场E和离子电流密度j，但由于旋转电场仪的A值小，致使i_j(t)很小，无法由此准确求得j值。由于i_j(t)<<i_e(t)，i_j(t)的存在对i_e(t)读数影响小，即i(t)≈i_e(t)，故可以由此确定合成电场E值。

如果考虑交直流场叠加，圆片暴露于混合场下的面积仍然为：

若直流场强E₁，交流场强幅值E₂，角频率ω₂，则交直流混合电场为：

E＝E₁+E₂cos(ω₂t+β)

定片上感应电荷为：

此时混合电场感应的电流为：

离子电流仍然为与i_e(t)相比可以忽略。

故仪器测得电流即为i_e(t)。

假设交流直流线路电压等级相近，则地面直流电场和交流电场峰值也相近，故上式中三项数值相差不大，可以分别测量而不会产生较大误差。实际应用时可以对直流电场和交流电场分别用平板电极进行校准。

参考图1，交直流混合电场检测仪的动片及外壳需稳定接地，定片通过大电阻接地。实验时，将交直流混合电场检测仪放在交直流混合电场环境下，使动片稳定转动，进行测量。具体测量步骤如下：

A、采集电阻上的电压信号；

B、已知电阻阻值大小，通过电压信号计算电流信号i_e(t)；

C、对电流时域信号进行频谱分析，得到电流信号的频谱图；

D、由频谱图中特征频率，求取直流电场E₁和交流电场E₂。

其中，特征频率f(A')＝w₂＝50Hz，为交流基频分量，对应电流信号幅值为：

特征频率f(B')＝nw₁＝1620Hz(本发明动、定片为18片结构，n＝18；电极转动频率为90Hz，对应电流信号幅值为：

特征频率f(C')＝(nw₁+w₂)＝1670Hz，对应电流信号幅值为：

特征频率f(D')＝(nw₁-w₂)＝1570Hz，对应电流信号幅值为：

式中ε₀、n、A₀、w₁、w₂为已知量，从而可求出直流电场E₁和交流电场E₂的场强。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种交直流混合电场检测仪，其特征在于，包括：

定片，其设置有多个，并且在一圆周内均匀布置，所述定片轮廓呈伯努利扭线状，所述定片固定不动并且通过电阻接地；

动片，其设置有多个，并且在一圆周内均匀布置，所述动片呈扇形，所述动片直接接地；

所述动片设置在定片的上部，并且定片和动片相互绝缘，所述动片在驱动机构带动下转动，电场从相邻两个动片之间穿过作用到定片上，动片转动到定片上方时能够将电场屏蔽。

2.根据权利要求1所述的交直流混合电场检测仪，其特征在于，所述每一个定片的角度为其中n为定片的数量。

3.根据权利要求1所述的交直流混合电场检测仪，其特征在于，所述定片和动片均设置有18个。

4.根据权利要求1所述的交直流混合电场检测仪，其特征在于，所述驱动机构包括电机和转轴，所述电机驱动转轴旋转；所述动片与转轴固定连接。

5.一种交直流混合电场测量方法，其特征在于，使用如权利要求1-3中任意一项所述的交直流混合电场检测仪，并包括如下步骤：

步骤一、获取与定片连接的电阻上的电压信号；

步骤二、获取与定片连接的电阻阻值，计算得到电流时域信号；

步骤三、对电流时域信号进行频谱分析，得到电流信号的频谱图；

步骤四、由频谱图中特征频率，求取直流电场强度和交流电场强度。