CC BY
113
УДК 681.586.5
А.А. Куницын, С.В. Бирюков
Омский государственный технический университет, г. Омск
ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ДАТЧИКОВ НАПРЯЖЕНИЯ И НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Развитие техники высоких напряжений, широко применяемой в различных отраслях науки, техники и народного хозяйства, потребовало совершенствования старых и разработки новых методов контроля напряженности электрического поля. В настоящее время наибольшее распространение получили методы измерения электрического поля датчиками, обладающими высокой чувствительностью. Однако, как емкостные, так и индуктивные датчики, вследствие высокой электропроводимости заметно искажают силовые линии электрического поля, что может привести к непредсказуемым погрешностям измерений. В связи с этим появилась острая необходимость разработки и исследования новых неискажающих методов
334
контроля напряженности электрического поля [1]. Рассмотрим существующие индуктивные датчики напряженности электрического поля.
Измеритель напряженности поля промышленной частоты ПЗ -50А предназначен для измерения напряженности электрического поля промышленной частоты (50 Гц) и применяется для контроля предельно допустимых уровней электрического поля согласно ГОСТ 12.1.002-84 и СН №3206-85 [2].
Измеритель П3-50 выполнен в виде малогабаритного носимого прибора автономным питанием. Внешний вид измерителя ПЗ-50А представлен на рисунке 1.
Рис.1. Измеритель напряженности поля промышленной частоты ПЗ-50А
Основными элементами измерителя являются: устройство отсчетное УОЗ-50 и антенны-преобразователи (АП) направленного приема. Работа измерителя основана на возбуждении в АП, под воздействием измеряемого поля, переменного напряжения, пропорционального напряженности поля. Переменное напряжение предварительно усиливается в АП и поступает на вход УОЗ-50, где происходит его фильтрация, дальнейшее усиление, преобразование в постоянное напряжение и индикация. Технические характеристики данного датчика представлены в табл. 1.
Технические характеристики измерителя напряженности ПЗ-50А Таблица 1
Диапазон измерения напряженности электрического поля, кВ/м От 0,01 до 180
Пределы измерения, кВ/м 0.2, 2, 20 и 200
Пределы допускаемой относительной основной погрешности измерения напряженности электрического поля, %, где Еп-установленный предел измерения Ех - измеренное значение напряженности электрического поля, кВ/м (15+0,2(Бп/Ех))
Время непрерывной работы в автономном режиме, ч не менее 16
Источник питания Встр. батарея из 4х сменных элементов по 1,5В
Масса, кг 0,8
Габариты, мм 450х110х40
335
Измеритель напряженности электрического поля ИНЭП-8 предназначен для измерения напряженности электрического поля промышленной частоты (50 Гц) в пространстве в соответствии с ГОСТ 12.1.002-84 "Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля" и "Санитарными нормами и правилами защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты" [3]. Внешний вид измерителя представлен на рис. 2.
Рис.2. Измеритель напряженности электрического поля ИНЭП-8 Технические характеристики измерителя напряженности представлены в табл. 2.
Технические характеристики измерителя напряженности ИНЭП-8
Таблица 2
Пределы измерения, кВ/м ±(0,1-199,9)
Напряжение питания, В 9 В ± 10%
Предел основной погрешности прибора не более ± 15%
Потребляемый ток, мА не более 2
Габаритные размеры, мм 230х90х30
Масса, г не более 400
Средний срок службы не менее 10 лет
Волоконно-оптические датчики. Первоначально проникновение волоконнооптических датчиков на рынок было обусловлено их преимуществом по производительности. Элементы, используемые в волоконно-оптических датчиках, являются абсолютно пассивными по отношению к электричеству (не излучают и не проводят электрический ток), что часто оказывает решающее влияние на успешное применение их в некоторых областях [4].
Также к преимуществам таких датчиков по сравнению с традиционными индукционными датчиками можно отнести:
- невосприимчивость к электромагнитной интерференции;
- способность работать при высоких температурах;
- устойчивость к вибрации и ударам;
- пожаробезопасность;
336
- отсутствие помех со стороны поля на канал передачи информации;
- меньшие массо-габаритные характеристики;
- широкий частотный диапазон;
- возможность гальванической развязки между объектом измерения и регистрирующей аппаратурой:
- лучшие массогабаритные характеристики;
- высокая линейность.
Первые попытки создания датчиков на основе оптических волокон, делались в середине 1970-х годов. Публикации о более или менее приемлемых разработках и экспериментальных образцах подобных датчиков появились во второй половине 1970-х годов. Однако термин "волоконно-оптические датчики" (opticalfibersensors) появился только в начале 1980-х годов. Таким образом, волоконно-оптические датчики — очень молодая область техники.
Разработкой оптических датчиков напряжения занимается целый ряд зарубежных компаний, среди которых следует отметить: NxtPhase T&D Corporation, PowerSense,
OptiSenseNetwork, Inc., ABB, Inc., Airak, Inc., FieldMetrics, Inc. (FMI). Некоторые обобщенные сравнительные характеристики оптических датчиков разных компаний приведены в табл. 3.
Таблица 3
Сравнительные характеристики оптических датчиков напряжения различных компаний
Характеристика NxtPhase OptiSense FieldMetrics ABB Airak
Номин. напряжение, кВ 121-550 35 138 115-550 0,003-5
Класс точности, % 0,2/3 0,2 0,3 0,2 1(5)
Рабочая частота, Гц 10/3000 - - - 50/б0
Частотная полоса, Гц 0,1-б000 - 5-5000 - б-5000
Масса, кг 13,2-б5 2,5 б8 50-18б 0,17
Диапазон рабочих температур, °С -40.. +50 -40.. .+50 -40.+70 -5.+40 0.+50
Компания Airak, Inc. [5] выпускает оптоволоконные датчики, отличающиеся наименьшими массо-габаритными показателями.
Оптоволоконные датчики напряжения этой фирмы вместе с пятиметровыми выводами весят всего 170 г. Датчик напряжения размещен на специальной платформе, расположенной на опоре. Стандартный диапазон измерения напряжения - 5 кВ (со сменой ячейки Поккельса диапазон может быть расширен до 13,8 кВ). Максимальная приведенная погрешность составляет 5 %, типовая - 1 %.
Судя по приведенным данным, недостатками датчика являются низкая точность измерения и малый диапазон измеряемых напряжений. Существенным недостатком для его применения в российских условиях является также температурный диапазон - 0.. .50 °С.
Несмотря на разнообразие производимых датчиков для измерения напряжения и напряженности электрического поля, большинство их них обладают различными недостатка-
ми. Часть датчиков вследствие высокой электропроводимости заметно искажают силовые
337
линии электрического поля, что приводит к значительным погрешностям измерений. Также встречаются датчики с неудовлетворительными массо-габаритными показателями или довольно небольшим диапазоном рабочих температур. В связи с этим появляется необходимость разработки новых датчиков, которые обладали бы лучшими характеристиками.
Библиографический список
1. Красюк, Б. А. Световодные датчики / Б. А. Красюк, О.Г. Семенов, А.Г. Шереметьев и др. - М.: Машиностроение, 1990 - 256 с.
2. Измеритель напряженности [Электронный ресурс],-режим доступа:
http://www.bioscorp.ru/shop/UID 14489.html, свободный
3. Измеритель напряженности электрического поля [Электронный ресурс],-режим доступа: http://www.eurolab.ru/izmeritel іпер8, свободный
4. Окоси, Т. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси, К. Окамото, М. Оцу [и др.] -Л.: «Энергоатомиздат», 1990. - 256 с.
5. OpticalDistributionMonitoringSystem [Электронный ресурс],-режим доступа: http://www.airak.com/, свободный
