RU45832U1 - DEVICE FOR DIAGNOSTIC OF THE STATE OF THE EARTHING CIRCUIT - Google Patents
DEVICE FOR DIAGNOSTIC OF THE STATE OF THE EARTHING CIRCUIT Download PDFInfo
- Publication number
- RU45832U1 RU45832U1 RU2005100099/22U RU2005100099U RU45832U1 RU 45832 U1 RU45832 U1 RU 45832U1 RU 2005100099/22 U RU2005100099/22 U RU 2005100099/22U RU 2005100099 U RU2005100099 U RU 2005100099U RU 45832 U1 RU45832 U1 RU 45832U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- input
- ground loop
- output
- signal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Устройство для диагностики состояния контура заземления относится к области электроизмерительной техники (электроэнергетике) и может быть использовано для определения состояния элементов сложного контура заземляющего устройства электроустановки.A device for diagnosing the condition of the ground loop refers to the field of electrical engineering (power) and can be used to determine the state of the elements of a complex circuit of the grounding device of the electrical installation.
Технический результат заключается в достижении высокой точности определения точки повреждения горизонтального элемента контура заземления без ложных срабатываний устройства за счет исключения взаимного влияния магнитных полей вблизи точки повреждения горизонтального элемента контура заземления без вывода электроустановки из работы.The technical result consists in achieving high accuracy in determining the damage point of a horizontal element of the ground loop without false alarms by eliminating the mutual influence of magnetic fields near the damage point of the horizontal element of the ground loop without taking the electrical installation out of operation.
Устройство для диагностики состояния контура заземления содержит генератор переменного сигнала, выносной токовый электрод, первый и второй датчики напряженности магнитного поля, предназначенные для фиксации направления горизонтальной составляющей магнитного поля элемента и третий датчик напряженности магнитного поля, предназначенный для фиксации значения величины вертикальной составляющей магнитного поля, три измерительных канала, блок сравнения фаз, логический элемент «И», пороговый и сигнальный элементы.A device for diagnosing the state of the ground loop contains an alternating signal generator, a remote current electrode, first and second magnetic field strength sensors for detecting the direction of the horizontal component of the magnetic field of the element, and a third magnetic field strength sensor for detecting the value of the vertical component of the magnetic field, three measuring channels, phase comparison unit, logic element “I”, threshold and signal elements.
Каждый из измерительных каналов выполнен из последовательно соединенных усилителя входного электрического сигнала и фильтра сигнала. Входом каждого измерительного канала является вход соответствующего усилителя входного электрического сигнала. Выходом каждого измерительного канала является выход соответствующего фильтра сигнала.Each of the measuring channels is made of a series-connected amplifier of the input electrical signal and a signal filter. The input of each measuring channel is the input of the corresponding amplifier of the input electrical signal. The output of each measuring channel is the output of the corresponding signal filter.
Первый и второй измерительные каналы, подключены к соответствующим датчикам напряженности магнитного поля и предназначены для обработки сигналов горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля. Третий измерительный канал предназначен для обработки сигнала вертикальной составляющей напряженности магнитного поля.The first and second measuring channels are connected to the respective sensors of the magnetic field and are designed to process the signals of the horizontal component of the magnetic field. The third measuring channel is designed to process the signal of the vertical component of the magnetic field strength.
Первый и второй датчики напряженности магнитного поля расположены на поверхности земли над контуром заземления и разнесены по оси элемента контура заземления. Третий датчик напряженности магнитного поля расположен вертикально на поверхности земли над контуром заземления между первым и вторым датчиками. Датчики напряженности магнитного поля связаны с контуром заземления индукционно.The first and second magnetic field sensors are located on the earth's surface above the ground loop and are spaced along the axis of the ground loop element. The third magnetic field strength sensor is located vertically on the surface of the earth above the ground loop between the first and second sensors. The magnetic field sensors are connected to the ground loop inductively.
Генератор переменного сигнала одним своим выводом соединен с контуром заземления, а вторым - с выносным токовым электродом.The alternating signal generator is connected by one output to the ground loop, and the second to the external current electrode.
Каждый из трех датчиков напряженности магнитного поля подключен своими выходами к входу соответствующего измерительного канала.Each of the three sensors of the magnetic field is connected with its outputs to the input of the corresponding measuring channel.
Выходы первого и второго измерительных каналов подключены к соответствующему входу блока сравнения фаз. Выход третьего измерительного канала подключен к входу порогового элемента, выход которого соединен с первым входом логического элемента The outputs of the first and second measuring channels are connected to the corresponding input of the phase comparison unit. The output of the third measuring channel is connected to the input of the threshold element, the output of which is connected to the first input of the logic element
«И». Блок сравнения фаз своим выходом соединен со вторым входом логического элемента «И». Логический элемент «И» своим выходом соединен с входом сигнального элемента."AND". The phase comparison unit is connected with its output to the second input of the AND gate. The logic element "And" with its output is connected to the input of the signal element.
Использование заявленного устройства для диагностики состояния контура заземления позволяет при наличии повреждения горизонтального элемента выявлять не только участок, но и точку фактического повреждения элемента.The use of the claimed device for diagnosing the condition of the ground loop allows for the presence of damage to the horizontal element to identify not only the site, but also the point of actual damage to the element.
Description
Полезная модель относится к области электроизмерительной техники (электроэнергетике) и может быть использовано для определения состояния элементов сложного контура заземляющего устройства электроустановки.The utility model relates to the field of electrical engineering (electric power) and can be used to determine the state of elements of a complex circuit of the grounding device of an electrical installation.
Заземление является неотъемлемой частью электрических установок. От исправности состояния заземляющего устройства зависит нормальная работа электроустановки и условия электробезопасности обслуживающего персонала на ее территории. Исправный контур заземляющего устройства обеспечивает равномерное распределение потенциала на поверхности земли над заземляющим устройством. При повреждении горизонтальных элементов контура (полос или заземляющих спусков) картина равномерности распределения потенциала по территории электроустановки нарушается. Разность потенциалов между точкой обрыва и точками заземления оборудования или другими точками на поверхности земли над заземляющим устройством может достигнуть значений, опасных не только для изоляции оборудования электроустановки, но и для жизни людей.Grounding is an integral part of electrical installations. The normal operation of the electrical installation and the electrical safety conditions of the maintenance personnel on its territory depend on the condition of the grounding device. A healthy grounding device circuit provides an even distribution of potential on the ground surface above the grounding device. If the horizontal elements of the circuit (strips or grounding slopes) are damaged, the picture of the uniform distribution of potential across the territory of the electrical installation is violated. The potential difference between the breakage point and the equipment grounding points or other points on the earth's surface above the grounding device can reach values that are dangerous not only for insulation of the electrical installation equipment, but also for human life.
Известны технические устройства, позволяющие определять местонахождение неповрежденных элементов контура заземления, однако проблема определения точного места повреждения горизонтальных элементов контура остается актуальной.Known technical devices that allow you to locate undamaged elements of the ground loop, however, the problem of determining the exact location of damage to the horizontal elements of the loop remains relevant.
Известно устройство для диагностики целостности элементов контура заземления, основанное на измерении величины напряженности магнитного поля над горизонтальным элементом контура заземляющего устройства и фиксации разности величины магнитного поля над поврежденным элементом [1].A device for diagnosing the integrity of the elements of the ground loop, based on measuring the magnitude of the magnetic field above the horizontal circuit element of the grounding device and fixing the difference in the magnitude of the magnetic field over the damaged element [1].
Устройство содержит генератор сигнала, две ортогональные системы индукционных катушек, два идентичных блока вычисления модуля напряжения и дифференциальный усилитель.The device comprises a signal generator, two orthogonal systems of induction coils, two identical voltage module calculation units, and a differential amplifier.
Каждый из блоков вычисления модуля напряжения содержит первый, второй и третий измерительные каналы, сумматор и блок вычисления квадратного корня.Each of the voltage module calculation blocks contains the first, second, and third measuring channels, an adder, and a square root calculation block.
При этом каждый из измерительных каналов выполнен из последовательно соединенных полосового фильтра, избирательного усилителя и элемента возведения в квадрат. Входом каждого измерительного канала является вход соответствующего полосового фильтра. Выходом каждого измерительного канала является выход соответствующего элемента возведения в квадрат.In addition, each of the measuring channels is made of a series-connected bandpass filter, a selective amplifier, and a squaring element. The input of each measuring channel is the input of the corresponding band-pass filter. The output of each measuring channel is the output of the corresponding squaring element.
Каждый измерительный канал своим выходом подключен к соответствующему входу сумматора соответствующего блока вычисления модуля напряжения. Сумматор своим выходом подключен к входу блока вычисления квадратного корня соответствующего блока вычисления модуля напряжения.Each measuring channel with its output is connected to the corresponding input of the adder of the corresponding unit for calculating the voltage module. The adder with its output is connected to the input of the square root calculation block of the corresponding voltage module calculation block.
Входами каждого блока вычисления модуля напряжения являются входы измерительных каналов. Выходом каждого блока вычисления модуля напряжения является выход соответствующего блока вычисления квадратного корня. Каждый из блоков вычисления модуля напряжения своим выходом подключен с соответствующим входом дифференциального усилителя. Дифференциальный усилитель своим выходом соединен с выходной клеммой устройства. Генератор сигнала подключен к контуру заземления. Ортогональные системы индукционных катушек разнесены по оси элемента контура заземления. Каждая из трех индукционных катушек соответствующей ортогональной системы подключена своими выходами к соответствующему входу блока вычисления модуля напряжения.The inputs of each unit of calculation of the voltage module are the inputs of the measuring channels. The output of each voltage module calculation unit is the output of the corresponding square root calculation unit. Each of the blocks for calculating the voltage module with its output is connected to the corresponding input of the differential amplifier. The differential amplifier with its output is connected to the output terminal of the device. The signal generator is connected to the ground loop. Orthogonal systems of induction coils are spaced along the axis of the ground loop element. Each of the three induction coils of the corresponding orthogonal system is connected by its outputs to the corresponding input of the voltage module calculation unit.
Во время измерения ток от генератора сигнала протекает по всем параллельно соединенным между собой горизонтальным и вертикальным элементам сетки контура заземления. Часть тока равномерно стекает с каждого элемента сетки контура в окружающий заземлитель грунт. Вокруг элементов контура образуется магнитное поле, созданное протекающим по элементам током. За счет индукционной связи катушек с контуром заземления в трехмерном пространстве это поле наводит в каждой из трех индукционных катушек соответствующую составляющую переменной эдс. Полученные сигналы от каждой из двух ортогональных систем индукционных катушек в виде напряжения от каждой из составляющих величины напряженности магнитного поля поступают на вход соответствующего измерительного канала каждого блока вычисления модуля напряжения. В каждом из трех измерительных каналах поступающий сигнал фильтруется, усиливается и его полученное значение возводится в квадрат. Далее преобразованный сигнал всех трех составляющих одной ортогональной системы индукционных катушек суммируется и из полученного значения извлекается квадратный корень. Полученные значения вычисленного таким образом сигнала от каждой из двух ортогональных систем индукционных катушек при их перемещении вдоль полосы сравниваются в дифференциальном блоке.During the measurement, the current from the signal generator flows through all the horizontal and vertical elements of the ground loop network connected in parallel. Part of the current flows evenly from each element of the circuit grid into the soil surrounding the ground electrode system. Around the elements of the contour, a magnetic field is created created by the current flowing through the elements. Due to the induction coupling of the coils with the ground loop in three-dimensional space, this field induces in each of the three induction coils the corresponding component of the variable emf. The received signals from each of the two orthogonal systems of induction coils in the form of voltage from each of the components of the magnitude of the magnetic field are fed to the input of the corresponding measuring channel of each unit for calculating the voltage module. In each of the three measuring channels, the incoming signal is filtered, amplified, and its obtained value is squared. Next, the converted signal of all three components of one orthogonal system of induction coils is summed up and the square root is extracted from the obtained value. The obtained values of the signal thus calculated from each of the two orthogonal systems of induction coils as they move along the strip are compared in a differential unit.
В случае целостности горизонтального элемента контура заземления ток вдоль него протекает без значительного изменения своей величины. Небольшие изменения определяются лишь отеканием части тока в землю. Поэтому величина магнитного поля вдоль целого проводника будет иметь равномерный характер. Фиксируемая разность показаний величины напряженности магнитного поля двух систем индукционных катушек в дифференциальном In the case of the integrity of the horizontal element of the ground loop, the current flows along it without a significant change in its value. Small changes are determined only by the swelling of part of the current into the ground. Therefore, the magnitude of the magnetic field along the whole conductor will have a uniform character. The fixed difference in the readings of the magnitude of the magnetic field of the two systems of induction coils in the differential
блоке будет оставаться практически неизменной (не более 10% при длине горизонтального элемента 6 м).the block will remain virtually unchanged (not more than 10% with a horizontal element length of 6 m).
В случае повреждения горизонтального элемента, протекающий по нему ток, а, следовательно, и величина окружающего его магнитного поля, имеет максимальные значения в начале и конце элемента, а к месту повреждения значительно уменьшается ввиду резкого увеличения переходного сопротивления в месте повреждения. Измеренная разность показаний величины напряженности магнитного поля будет значительно больше. Поэтому и фиксируемая разность показаний величины напряженности магнитного поля двух систем индукционных катушек в дифференциальном блоке будет изменяться: увеличиваться при приближении индукционных катушек к месту повреждения горизонтального элемента и уменьшаться по мере удаления от места повреждения к началу или концу элемента. По появлению значительной разности показаний величины напряженности магнитного поля двух систем индукционных катушек до и после места обрыва делают вывод о наличии повреждения горизонтального элемента.In case of damage to the horizontal element, the current flowing through it, and, consequently, the magnitude of the surrounding magnetic field, has maximum values at the beginning and end of the element, and significantly decreases towards the place of damage due to a sharp increase in the transition resistance at the place of damage. The measured difference in the readings of the magnitude of the magnetic field will be much larger. Therefore, the recorded difference in the readings of the magnitude of the magnetic field of the two systems of induction coils in the differential unit will change: increase as the induction coils approach the damage site of the horizontal element and decrease with distance from the damage site to the beginning or end of the element. By the appearance of a significant difference in the readings of the magnitude of the magnetic field of the two systems of induction coils before and after the cliff, they conclude that there is damage to the horizontal element.
Устройство позволяет определить местоположение горизонтального элемента, а также производить измерения без вывода электроустановки из работы.The device allows you to determine the location of the horizontal element, as well as take measurements without removing the electrical installation from work.
Однако, недостатком данного устройства является низкая достоверность обнаружения места повреждения горизонтального элемента контура заземления, приводящая к ложной работе устройства, благодаря практически неизменной фиксируемой разностью показаний величины напряженности магнитного поля двух систем индукционных катушек в дифференциальном блоке над местом повреждения. Это обусловлено наличием других параллельных горизонтальных элементов контура заземления. Со стороны этих элементов к месту после точки повреждения горизонтального элемента подтекает дополнительная часть тока, накладывается на основной ток элемента и увеличивает суммарную величину тока в месте после точки повреждения. Поэтому величина напряженности магнитного поля вокруг горизонтального элемента после точки его повреждения возрастает и приближается к величине напряженности магнитного поля до точки повреждения горизонтального элемента. Увеличение напряженности магнитного поля после точки повреждения горизонтального элемента приводит к тому, что фиксируемая в дифференциальном блоке разность показаний величины напряженности магнитного поля двух систем индукционных катушек над местом повреждения уменьшается, а фиксируемая разность показаний величины напряженности магнитного поля вдоль всего проводника остается постоянной, т.е. характер изменения магнитного поля вдоль поврежденного проводника искажается.However, the disadvantage of this device is the low reliability of detecting the place of damage of the horizontal element of the ground loop, leading to false operation of the device, due to the almost unchanged fixed difference in the readings of the magnitude of the magnetic field of the two systems of induction coils in the differential unit above the place of damage. This is due to the presence of other parallel horizontal elements of the ground loop. From the side of these elements, an additional part of the current flows to the place after the damage point of the horizontal element, is superimposed on the main current of the element and increases the total current in the place after the damage point. Therefore, the magnitude of the magnetic field around the horizontal element after the point of damage increases and approaches the magnitude of the magnetic field to the point of damage of the horizontal element. An increase in the magnetic field strength after the damage point of the horizontal element leads to the fact that the difference in the readings of the magnitude of the magnetic field of the two systems of induction coils above the damage site decreases in the differential unit, and the recorded difference in the readings of the magnitude of the magnetic field along the entire conductor remains constant, i.e. . the nature of the change in the magnetic field along the damaged conductor is distorted.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля качества контура заземления (устройство для диагностики состояния The closest in technical essence and the achieved result is a device for monitoring the quality of the ground loop (device for diagnosing the condition
контура заземления), устраняющее недостатки аналога и основанное на измерении напряженности магнитного поля над горизонтальным элементом контура заземляющего устройства и фиксации смены направления магнитного поля над поврежденным элементом [2].ground loop), eliminating the disadvantages of the analogue and based on measuring the magnetic field strength above the horizontal element of the grounding device loop and fixing the change of direction of the magnetic field over the damaged element [2].
Устройство содержит генератор переменного сигнала, выносной токовый электрод, два датчика напряженности магнитного поля, два измерительных канала, блок сравнения фаз и сигнальный элемент.The device comprises an alternating signal generator, a remote current electrode, two magnetic field strength sensors, two measuring channels, a phase comparison unit and a signal element.
Каждый из измерительных каналов выполнен из последовательно соединенных усилителя входного электрического сигнала и фильтра сигнала. Входом каждого измерительного канала является вход соответствующего усилителя входного электрического сигнала. Выходом каждого измерительного канала является выход соответствующего фильтра сигнала.Each of the measuring channels is made of a series-connected amplifier of the input electrical signal and a signal filter. The input of each measuring channel is the input of the corresponding amplifier of the input electrical signal. The output of each measuring channel is the output of the corresponding signal filter.
Каждый измерительный канал своим выходом подключен к соответствующему входу блока сравнения фаз. Блок сравнения фаз своим выходом подключен к входу сигнального элемента. Генератор переменного сигнала одним концом соединен с контуром заземления, а вторым - с выносным токовым электродом. Два датчика напряженности магнитного поля расположены на поверхности земли над контуром заземления и разнесены по оси элемента контура заземления. Датчики связаны с контуром заземления индукционно. Каждый из двух датчиков напряженности магнитного поля подключен своими выходами к входу соответствующего измерительного канала.Each measuring channel with its output is connected to the corresponding input of the phase comparison unit. The phase comparison unit is connected to the input of the signal element by its output. The alternating signal generator is connected at one end to a ground loop, and at the other end to a remote current electrode. Two magnetic field sensors are located on the earth's surface above the ground loop and are spaced along the axis of the ground loop element. The sensors are connected to the ground loop inductively. Each of the two sensors of the magnetic field is connected with its outputs to the input of the corresponding measuring channel.
Во время измерения ток от генератора переменного тока протекает по всем параллельно соединенным между собой горизонтальным и вертикальным элементам сетки контура заземления по цепи, образованной контуром заземления и выносным токовым электродом. Часть тока равномерно стекает с каждого элемента сетки контура в окружающий заземлитель грунт. Вокруг элементов контура заземляющего устройства создается переменное магнитного поле. За счет индукционной связи контура заземления и датчиков магнитного поля в последних наводится переменная эдс. Наводимые в датчиках напряженности магнитного поля сигналы в виде напряжения подаются на вход соответствующего измерительного канала. В каждом из двух измерительных каналах поступающие сигналы усиливаются и фильтруются. Далее преобразованные таким образом сигналы от каждого из двух датчиков магнитного поля при их перемещении вдоль полосы сравниваются в блоке сравнения фаз.During the measurement, the current from the alternator flows through all the horizontal and vertical elements of the ground loop network connected in parallel along the circuit formed by the ground loop and the external current electrode. Part of the current flows evenly from each element of the circuit grid into the soil surrounding the ground electrode system. Around the circuit elements of the grounding device creates an alternating magnetic field. Due to the induction coupling of the ground loop and magnetic field sensors, a variable emf is induced in the latter. The signals induced in the magnetic field strength sensors are supplied in the form of voltage to the input of the corresponding measuring channel. In each of the two measuring channels, the incoming signals are amplified and filtered. Further, the signals thus converted from each of the two magnetic field sensors when they are moved along the strip are compared in the phase comparison unit.
В случае целостности горизонтального элемента сетки заземляющего устройства ток по нему протекает в одном направлении. Направление вектора напряженности магнитного поля вокруг проводника остается неизменным. Поэтому воспринимаемые индукционными датчиками магнитного поля сигналы при перемещении их вдоль полосы будут иметь одну In the case of the integrity of the horizontal grid element of the grounding device, the current flows through it in one direction. The direction of the magnetic field vector around the conductor remains unchanged. Therefore, the signals perceived by induction sensors of the magnetic field when moving them along the strip will have one
и ту же фазу. После сравнения усиленных и отфильтрованных сигналов от каждого из двух индукционных датчиков в блоке сравнения фаз разность фаз двух сигналов будет равной нулю.and the same phase. After comparing the amplified and filtered signals from each of the two induction sensors in the phase comparison unit, the phase difference of the two signals will be zero.
В случае повреждения горизонтального элемента сетки заземляющего устройства ток в нем до места повреждения имеет одно направление протекания, а после места повреждения направление протекания тока в элементе меняется на противоположное. Вектор напряженности магнитного поля вокруг поврежденного проводника также имеет одно направление до места повреждения и противоположное направление после места повреждения. Поэтому воспринимаемые индукционными датчиками магнитного поля сигналы при их перемещении вдоль полосы будут иметь разные фазы. После сравнения усиленных и отфильтрованных сигналов от каждого из двух индукционных датчиков в блоке сравнения фаз разность фаз двух сигналов будет отличной от нуля. По изменению направления магнитного поля вдоль поврежденного элемента и появлению разности фаз в блоке сравнения фаз и делается вывод об обнаружении места повреждения горизонтального элемента контура заземления.In case of damage to the horizontal grid element of the grounding device, the current in it to the point of damage has one direction of flow, and after the place of damage, the direction of current flow in the element changes to the opposite. The magnetic field vector around the damaged conductor also has one direction to the place of damage and the opposite direction after the place of damage. Therefore, the signals perceived by induction sensors of the magnetic field when they move along the strip will have different phases. After comparing the amplified and filtered signals from each of the two induction sensors in the phase comparison unit, the phase difference of the two signals will be non-zero. By changing the direction of the magnetic field along the damaged element and the appearance of the phase difference in the phase comparison unit, it is concluded that the damage location of the horizontal element of the ground loop is detected.
К достоинству данного устройства относится исключение появления ложных срабатываний за счет устранения влияния измеренного значения напряженности магнитного поля после точки повреждения на общее значение разности величины напряженности вблизи точки повреждения горизонтального элемента контура заземления, а также возможность проведения измерений без вывода электроустановки из работы.The advantage of this device is the elimination of false positives by eliminating the influence of the measured value of the magnetic field strength after the damage point on the total value of the difference in the magnitude of the tension near the damage point of the horizontal element of the ground loop, as well as the possibility of taking measurements without putting the electrical installation out of operation.
Однако, недостатком данного устройства является отсутствие возможности определения точки повреждения горизонтального элемента контура заземления. Это обусловлено тем, что место повреждения горизонтального элемента выявляется с точностью, зависящей от расстояния между двумя датчиками магнитного поля, расположенными вдоль полосы. Невозможность сближения датчиков до расстояния между ними достаточного для фиксации точки повреждения элемента обусловлена взаимным влиянием друг на друга магнитных полей до и после места повреждения элемента. Взаимное влияние магнитных полей отсутствует при расположении датчиков напряженности магнитного поля на расстоянии не менее 30-40 см, а измерение напряженностей удаленных друг от друга точек определяет участок горизонтального элемента, в пределах которого произошло повреждение, но не саму точку повреждения на этом участке.However, the disadvantage of this device is the inability to determine the point of damage of the horizontal element of the ground loop. This is due to the fact that the place of damage to the horizontal element is detected with accuracy, depending on the distance between two magnetic field sensors located along the strip. The impossibility of approaching the sensors to a distance between them sufficient to fix the point of damage to the element is due to the mutual influence of magnetic fields on each other before and after the place of damage to the element. The mutual influence of magnetic fields is absent when the magnetic field sensors are located at a distance of at least 30-40 cm, and the measurement of the intensities of points distant from each other determines the portion of the horizontal element within which the damage occurred, but not the damage point itself in this portion.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке устройства, обладающего высокой точностью определения точки повреждения горизонтального элемента контура заземления без ложных срабатываний устройства за счет исключения взаимного The problem solved by the utility model is to develop a device with high accuracy in determining the damage point of the horizontal element of the ground loop without false responses of the device by eliminating the mutual
влияния магнитных полей вблизи точки повреждения горизонтального элемента контура заземления без вывода электроустановки из работы.the influence of magnetic fields near the point of damage of the horizontal element of the ground loop without removing the electrical installation from work.
Для решения поставленной задачи в известное устройство для диагностики состояния контура заземления, содержащее генератор переменного сигнала, выносной токовый электрод, два датчика напряженности магнитного поля, расположенных в направлении измерения горизонтальной составляющей магнитного поля элемента, два измерительных канала, состоящих из последовательно соединенных усилителя входного сигнала и фильтра сигнала, блок сравнения фаз и сигнальный элемент, при этом первый вывод генератора подсоединен к контуру заземления, второй вывод - к выносному токовому электроду, каждый из датчиков напряженности магнитного поля своими выходами подключен к входу соответствующего усилителя входного сигнала, выход каждого из фильтров сигнала соединен с соответствующим входом блока сравнения фаз, в него дополнительно введены аналогичный третий датчик напряженности магнитного поля, расположенный в направлении измерения вертикальной составляющей магнитного поля элемента и последовательно соединенный с ним аналогичный третий измерительный канал, пороговый элемент и логический элемент «И», причем выход третьего измерительного канала соединен с входом порогового элемента, выход которого соединен с первым входом логического элемента «И», выход которого соединен с входом сигнального элемента, а блок сравнения фаз своим выходом соединен со вторым входом логического элемента «И».To solve the problem in a known device for diagnosing the condition of the ground loop, containing an alternating signal generator, a remote current electrode, two magnetic field sensors located in the direction of measurement of the horizontal component of the magnetic field of the element, two measuring channels, consisting of an input signal amplifier connected in series and a signal filter, a phase comparison unit and a signal element, while the first output of the generator is connected to the ground loop, the second od - to the external current electrode, each of the magnetic field sensors with its outputs is connected to the input of the corresponding input signal amplifier, the output of each of the signal filters is connected to the corresponding input of the phase comparison unit, an additional third magnetic field sensor is placed in it, located in the direction measuring the vertical component of the magnetic field of the element and a similar third measuring channel, a threshold element and logically connected to it in series element "I", and the output of the third measuring channel is connected to the input of the threshold element, the output of which is connected to the first input of the logic element "And", the output of which is connected to the input of the signal element, and the phase comparison unit is connected by its output to the second input of the logic element "AND" ".
Введение дополнительного третьего датчика напряженности магнитного поля, третьего измерительного канала, порогового элемента, логического элемента «И» и подключение блока сравнения фаз своим выходом к соответствующему входу логического элемента «И» позволяет с высокой точностью определить точку фактического повреждения горизонтального элемента контура заземления, благодаря одновременной фиксации горизонтальной и вертикальной составляющих напряженности магнитного поля вдоль горизонтального элемента.The introduction of an additional third magnetic field sensor, a third measuring channel, a threshold element, an “AND” logic element and connecting the phase comparison unit with its output to the corresponding input of the “And” logic element allows you to accurately determine the point of actual damage to the horizontal element of the ground loop, due to the simultaneous fixing the horizontal and vertical components of the magnetic field along the horizontal element.
Фиксация изменения направления горизонтальной и минимального значения вертикальной составляющих напряженности магнитного поля осуществляется на участке поврежденного горизонтального элемента. Это обусловлено наличием на участке повреждения элемента зоны с большим переходным сопротивлением, которое приводит к изменению направления тока, фиксируемому по изменению направления горизонтальной составляющей магнитного поля вблизи участка повреждения этого элемента, а также к значительному уменьшению величины тока в точке повреждения, фиксируемому по уменьшению величины вертикальной составляющей напряженности магнитного поля в этой точке.The change in the direction of the horizontal and minimum values of the vertical components of the magnetic field is fixed in the area of the damaged horizontal element. This is due to the presence of a zone with a large transition resistance in the damage section, which leads to a change in the direction of the current, fixed by changing the direction of the horizontal component of the magnetic field near the damage section of this element, as well as to a significant decrease in the current value at the point of damage, fixed by a decrease in the vertical component of the magnetic field at this point.
На фигуре представлена схема устройства для диагностики контура заземления.The figure shows a diagram of a device for diagnosing a ground loop.
Устройство для диагностики состояния контура заземления содержит генератор переменного сигнала 1, выносной токовый электрод 2, три датчика напряженности магнитного поля 3, 4, 5 три измерительных канала 6, 7, 8 блок сравнения фаз 9, логический элемент «И» 10, пороговый 11 и сигнальный 12 элементы.A device for diagnosing the condition of the ground loop contains an alternating signal generator 1, a remote current electrode 2, three magnetic field strength sensors 3, 4, 5, three measuring channels 6, 7, 8, a phase comparison unit 9, a logic element “I” 10, a threshold 11 and signal 12 elements.
Каждый из измерительных каналов 6 (7, 8) выполнен из последовательно соединенных усилителя входного электрического сигнала 13 (14, 15)и фильтра сигнала 16 (17, 18). Входом каждого измерительного канала 6 (7, 8) является вход соответствующего усилителя входного электрического сигнала 13 (14, 15). Выходом каждого измерительного канала 6 (7, 8) является выход соответствующего фильтра сигнала 16 (17, 18).Each of the measuring channels 6 (7, 8) is made of a series-connected amplifier of the input electrical signal 13 (14, 15) and a signal filter 16 (17, 18). The input of each measuring channel 6 (7, 8) is the input of the corresponding amplifier of the input electrical signal 13 (14, 15). The output of each measuring channel 6 (7, 8) is the output of the corresponding signal filter 16 (17, 18).
Каждый из двух измерительных каналов 7 (8) предназначен для обработки сигналов горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля. Третий измерительный канал 6 предназначен для обработки сигнала вертикальной составляющей напряженности магнитного поля.Each of the two measuring channels 7 (8) is designed to process the signals of the horizontal component of the magnetic field strength. The third measuring channel 6 is designed to process the signal of the vertical component of the magnetic field strength.
Два датчика напряженности магнитного поля 4, 5 предназначены для измерения горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля, расположены на поверхности земли над контуром заземления 19 и разнесены по оси элемента контура заземления 19. Датчик напряженности магнитного поля 3 предназначен для измерения вертикальной составляющей напряженности магнитного поля и расположен вертикально на поверхности земли над контуром заземления 19 между датчиками 4, 5. Датчики 3, 4, 5 связаны с контуром заземления 19 индукционно.Two sensors of the magnetic field strength 4, 5 are designed to measure the horizontal component of the magnetic field strength, located on the ground above the ground loop 19 and spaced along the axis of the ground loop element 19. The magnetic field sensor 3 is designed to measure the vertical component of the magnetic field strength and is located vertically on the earth's surface above the ground loop 19 between the sensors 4, 5. Sensors 3, 4, 5 are connected to the ground loop 19 inductively.
Генератор переменного сигнала 1 одним своим выводом соединен с контуром заземления 19, а вторым - с выносным токовым электродом 2.The alternating signal generator 1 with one of its output is connected to the ground loop 19, and the second - with a remote current electrode 2.
Каждый из трех датчиков напряженности магнитного поля 3, 4, 5 подключен своими выходами к входу соответствующего измерительного канала 6, 7, 8.Each of the three sensors of the magnetic field strength 3, 4, 5 is connected by its outputs to the input of the corresponding measuring channel 6, 7, 8.
Выход каждого из измерительных каналов 7 (8) подключен к соответствующему входу блока сравнения фаз 9. Выход третьего измерительного канала 6 соединен с входом порогового элемента 11, выход которого соединен с первым входом логического элемента «И» 10. Блок сравнения фаз 9 своим выходом соединен со вторым входом логического элемента «И» 10. Логический элемент «И» 10 своим выходом соединен с входом сигнального элемента 12.The output of each of the measuring channels 7 (8) is connected to the corresponding input of the phase comparison unit 9. The output of the third measuring channel 6 is connected to the input of the threshold element 11, the output of which is connected to the first input of the logic element “10.” The phase comparison unit 9 is connected by its output with the second input of the logical element "AND" 10. The logical element "AND" 10 is connected with its output to the input of the signal element 12.
В качестве датчиков напряженности магнитного поля использованы катушки индуктивности, выполненные из провода ПЭВ-2-0,4. Усилители и фильтры входного сигнала в каждом из измерительных каналов изготовлены на основе микросхемы К 544 УД1А, в качестве порогового элемента использована микросхема К 521 СА301АInductors made of wire PEV-2-0.4 are used as sensors of the magnetic field. Amplifiers and filters of the input signal in each of the measuring channels are made on the basis of the K 544 UD1A microcircuit; the K 521 CA301A microcircuit is used as a threshold element
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Во время измерения ток от генератора 1 протекает по всем параллельно соединенным между собой горизонтальным и вертикальным элементам сетки контура заземления 19 по цепи, образованной контуром заземления 19 и выносным токовым электродом 2. Часть тока равномерно стекает с каждого элемента сетки контура 19 в окружающий заземлитель грунт. Вокруг элементов контура заземления 19 создается переменное магнитного поле. За счет индукционной связи контура заземления 19 и датчиков магнитного поля 3, 4, 5 в последних наводится переменная эдс соответствующей составляющей напряженности магнитного поля. Датчики магнитного поля 4, 5 фиксируют направление горизонтальной составляющей магнитного поля вдоль горизонтального элемента контура заземления 19, а датчик 3 фиксирует значение вертикальной составляющей магнитного поля вдоль горизонтального элемента. Фиксируемые датчиками 3, 4, 5 сигналы в виде напряжения подаются на вход соответствующих измерительных каналов 6, 7, 8 где усиливаются и фильтруются.During the measurement, the current from the generator 1 flows through all the horizontal and vertical grid elements of the ground loop 19 parallel to each other along the circuit formed by the ground loop 19 and the external current electrode 2. A part of the current flows uniformly from each grid element of the loop 19 into the ground surrounding the ground electrode. Around the elements of the ground loop 19 creates an alternating magnetic field. Due to the induction coupling of the ground loop 19 and the magnetic field sensors 3, 4, 5, the latter induces a variable emf of the corresponding component of the magnetic field strength. The magnetic field sensors 4, 5 fix the direction of the horizontal component of the magnetic field along the horizontal element of the ground loop 19, and the sensor 3 detects the value of the vertical component of the magnetic field along the horizontal element. The signals detected by sensors 3, 4, 5 in the form of voltage are fed to the input of the corresponding measuring channels 6, 7, 8 where they are amplified and filtered.
Преобразованный сигнал вертикальной составляющей магнитного поля после измерительного канала 6 подается на вход порогового элемента 11. Пороговый элемент 11 переключается в активное состояние при значении входного сигнала ниже фиксируемой величины порогового (опорного) напряжения и остается в неактивном состоянии при превышении значения входного сигнала над величиной порогового (опорного) напряжения. Переключение порогового элемента 11 сигнализируется появлением на его выходе импульса напряжения прямоугольной формы. Неактивное состояние порогового элемента 11 сигнализируется отсутствием на его выходе импульса напряжения прямоугольной формы. Результат работы порогового элемента 11 в виде наличия или отсутствия импульса поступает на первый вход логического элемента «И» 10.The converted signal of the vertical component of the magnetic field after the measuring channel 6 is fed to the input of the threshold element 11. The threshold element 11 switches to the active state when the value of the input signal is lower than the fixed value of the threshold (reference) voltage and remains inactive when the value of the input signal exceeds the threshold value ( reference) voltage. Switching of the threshold element 11 is signaled by the appearance of a rectangular voltage pulse at its output. The inactive state of the threshold element 11 is signaled by the absence of a rectangular voltage pulse at its output. The result of the operation of the threshold element 11 in the form of the presence or absence of a pulse is fed to the first input of the logical element "AND" 10.
Преобразованные сигналы горизонтальной составляющей магнитного поля после измерительных каналов 7,8 подаются в блок сравнение фаз 9, где определяется направление горизонтальной составляющей магнитного поля в горизонтальном элементе контура заземления 19 и соответственно направление протекания тока в этом элементе. Переключение блока сравнения фаз 9 в активное состояние сигнализируется появлением на его выходе импульса напряжения прямоугольной формы. Неактивное состояние блока сравнения фаз 9 сигнализируется отсутствием импульса напряжения прямоугольной формы. Результат работы блока сравнения фаз 9 в виде наличия или отсутствия импульса поступает на второй вход логического элемента «И» 10. Логический элемент «И» при этом разрешает или запрещает работу сигнального элемента 12.The converted signals of the horizontal component of the magnetic field after the measuring channels 7.8 are supplied to the phase comparison unit 9, where the direction of the horizontal component of the magnetic field in the horizontal element of the ground loop 19 and, accordingly, the direction of the current flow in this element are determined. The switching of the phase comparison unit 9 to the active state is signaled by the appearance of a rectangular voltage pulse at its output. The inactive state of the phase comparison unit 9 is signaled by the absence of a rectangular voltage pulse. The result of the operation of the phase comparison unit 9 in the form of the presence or absence of a pulse is fed to the second input of the logical element “I” 10. The logical element “And” allows or prohibits the operation of the signal element 12.
При отсутствии повреждения горизонтального элемента контура заземления 19, протекающие по нему токи имеют одинаковые направления протекания, т.е. неизменное направление имеет и горизонтальная составляющая магнитного поля вдоль всего элемента.In the absence of damage to the horizontal element of the ground loop 19, the currents flowing through it have the same flow directions, i.e. the horizontal component of the magnetic field along the entire element has an unchanged direction.
Фазы преобразованных сигналов после измерительных каналов 7,8 имеют одно и то же значение, поэтому блок сравнения фаз 9 после их сравнения остается в неактивном состоянии. Характер изменения значения вертикальной составляющей напряженности магнитного поля вдоль полосы равномерный, поэтому значение преобразованного сигнала после измерительного канала 6 не снижается до значения порогового (опорного) напряжения и пороговый элемент 11 остается в неактивном состоянии. Логический элемент «И» 10 при отсутствии импульсов напряжения прямоугольной формы на его первом и втором входах также остается в неактивном состоянии и выдает запрет на работу сигнального элемента 12.The phases of the converted signals after the measuring channels 7.8 have the same value, therefore, the phase comparison unit 9, after comparing them, remains inactive. The nature of the change in the value of the vertical component of the magnetic field along the strip is uniform, therefore, the value of the converted signal after the measuring channel 6 does not decrease to the threshold (reference) voltage and the threshold element 11 remains inactive. The logic element "And" 10 in the absence of voltage pulses of a rectangular shape at its first and second inputs also remains inactive and gives a ban on the operation of the signal element 12.
При наличии повреждения в горизонтальном элементе контура заземления 19, протекающие по нему токи имеют противоположные направления вблизи точки его повреждения, т.е. противоположное направление имеют и горизонтальные составляющие магнитных полей вблизи точки повреждения элемента. При расположении датчиков напряженности магнитного поля 4,5 над местом повреждения горизонтального элемента фазы преобразованных сигналов после измерительных каналов 7,8 имеют разные значения, поэтому блок сравнения фаз 9 после их сравнения переключается в активное состояние. Характер изменения значения вертикальной составляющей напряженности магнитного поля вдоль полосы неравномерный, поэтому значение преобразованного сигнала после измерительного канала 6 снижается до значения порогового (опорного) напряжения над точкой повреждения и пороговый элемент 11 переключается в активное состояние. Логический элемент «И» 10 при наличии импульсов напряжения прямоугольной формы на его первом и втором входах переключается в активное состояние и выдает разрешение на работу сигнального элемента 12.If there is damage in the horizontal element of the ground loop 19, the currents flowing through it have opposite directions near the point of damage, i.e. The horizontal components of magnetic fields near the point of damage to the element also have opposite directions. When the magnetic field sensors 4.5 are located above the place of damage of the horizontal element, the phases of the converted signals after the measuring channels 7.8 have different values, therefore, the phase comparison unit 9 switches to the active state after comparison. The nature of the change in the value of the vertical component of the magnetic field strength along the strip is uneven, therefore, the value of the converted signal after the measuring channel 6 decreases to the threshold (reference) voltage above the fault point and the threshold element 11 switches to the active state. The logical element "And" 10 in the presence of rectangular voltage pulses at its first and second inputs switches to the active state and issues a permit for the operation of the signal element 12.
В точке повреждения горизонтального элемента контура заземления 19 наблюдается изменение направления горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля, фиксируемой датчиками 4, 5 и минимальное значение величины вертикальной составляющей напряженности магнитного поля, фиксируемой датчиком 3.At the point of damage to the horizontal element of the ground loop 19, there is a change in the direction of the horizontal component of the magnetic field strength detected by the sensors 4, 5 and the minimum value of the vertical component of the magnetic field strength recorded by the sensor 3.
Определение над контуром заземления 19 места, в котором наблюдается изменение направления горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля и минимальное значение величины вертикальной составляющей напряженности магнитного поля означает место повреждения в данной точке горизонтального элемента контура заземления 19.The definition of the place above the ground loop 19, in which there is a change in the direction of the horizontal component of the magnetic field strength and the minimum value of the vertical component of the magnetic field strength means the place of damage at a given point of the horizontal element of the ground loop 19.
Использование заявленного устройства для диагностики состояния контура заземления позволяет при наличии повреждения горизонтального элемента выявлять не только участок, но и точку фактического повреждения элемента.The use of the claimed device for diagnosing the condition of the ground loop allows for the presence of damage to the horizontal element to identify not only the site, but also the point of actual damage to the element.
Источники информации, принятые во внимание:Sources of information taken into account:
1. Свид. №21667 РФ, МПК 7 G 01 R 27/20;1. Testimonial. No. 21667 of the Russian Federation, IPC 7 G 01 R 27/20;
2. Свид. №25604 РФ, МПК 7 G 01 R 31/00;2. Testimonial. No. 25604 of the Russian Federation, IPC 7 G 01 R 31/00;
3. Правила устройства электроустановок / Мин-во топлива и энергетики РФ - 6-е изд., с изм. и доп. - М.: Главгосэнергонадзор, 1999. - 608 с.;3. Rules for the installation of electrical installations / Ministry of fuel and energy of the Russian Federation - 6th ed., As amended. and add. - M.: Glavgosenergonadzor, 1999. - 608 p .;
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005100099/22U RU45832U1 (en) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | DEVICE FOR DIAGNOSTIC OF THE STATE OF THE EARTHING CIRCUIT |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005100099/22U RU45832U1 (en) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | DEVICE FOR DIAGNOSTIC OF THE STATE OF THE EARTHING CIRCUIT |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU45832U1 true RU45832U1 (en) | 2005-05-27 |
Family
ID=35825140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005100099/22U RU45832U1 (en) | 2005-01-11 | 2005-01-11 | DEVICE FOR DIAGNOSTIC OF THE STATE OF THE EARTHING CIRCUIT |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU45832U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2582301C2 (en) * | 2014-04-22 | 2016-04-20 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Method to detect extended anode earthing device damage point |
-
2005
- 2005-01-11 RU RU2005100099/22U patent/RU45832U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2582301C2 (en) * | 2014-04-22 | 2016-04-20 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Method to detect extended anode earthing device damage point |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2946139C (en) | Smart sensor network for power grid health monitoring | |
| CN105021953B (en) | Grounding net of transformer substation corrosion detection system and method based on earth's surface magnetic induction intensity | |
| US9018962B2 (en) | Method and apparatus for protecting power transformers from large electro-magnetic disturbances | |
| CN106415286A (en) | System and method for pulsed ground fault detection and localization | |
| CN104897995B (en) | Grounding net of transformer substation corrosion detection system and method based on surface potential | |
| CN103176106B (en) | Neutral conductor matching IT (information technology) system single-phase earth fault phase selection method | |
| CN105467192B (en) | A kind of method for measuring current conversion station ground potential and rising | |
| RU45832U1 (en) | DEVICE FOR DIAGNOSTIC OF THE STATE OF THE EARTHING CIRCUIT | |
| KR101878449B1 (en) | System of measuring leakage current and insulation resistance | |
| CN106019063A (en) | Fault indicator and fault detecting method | |
| CN116400149A (en) | Transformer bias magnetic evaluation method for stray current and induction current duty ratio analysis | |
| CN107015105B (en) | A kind of device and method detecting vertical grounding electrode or deep-well grounding validity | |
| CN105203851B (en) | The method for measuring large ground network impedance ground value under strong harmonic wave | |
| CN114935694A (en) | Cable line cross interconnection loop metal shielding resistor live-line detection system and method | |
| EP4246154A1 (en) | System and method for detecting faults in medium voltage circuits | |
| RU2305293C1 (en) | METHOD OF DETECTING FAULT IN 6( 10 )-35 kV ELECTRIC CIRCUIT WITH ISOLATED OR COMPENSATED NEUTRAL POINT | |
| CN107015095A (en) | A kind of method and system that secondary loop of mutual inductor state is judged based on Transient Method | |
| CN219625672U (en) | Traction power supply equipment ground state on-line monitoring device | |
| CN217739316U (en) | Cable line cross-connection loop metal shielding resistor live-line detection system | |
| RU2576979C1 (en) | Method for detection of break in extended anode beds | |
| RU25604U1 (en) | DEVICE FOR QUALITY CONTROL EARTHING CIRCUIT | |
| CN208520940U (en) | A kind of real-time detection apparatus of PT secondary side neutral point multipoint earthing | |
| RU2535298C1 (en) | Damage detection method for line in resonant grounded three-phase network | |
| RU72797U1 (en) | DEVICE FOR CONTROL OF INSULATION OF ELECTRICAL SYSTEMS | |
| Chikarov et al. | A new monitoring technique for the grounding grids |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120112 |