ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2016 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,493
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,389
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,732
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,364
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,303
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 5022
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 355
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 499
Десятилетний индекс Хирша: 11
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год: 304
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 11

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2016 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

4
Ожидается:
16 Декабря 2017

Аппаратно-программный комплекс для измерения электромагнитных полей промышленной частоты в электрических сетях

Integrated hardware and software system for measuring of power-frequency electric and magnetic fields in electric networks
Статья опубликована в выпуске журнала № 4 за 2010 год.[ 09.12.2010 ]
Аннотация:Одной из актуальных проблем современной электроэнергетики является обеспечение безопасности персонала в зоне влияния электромагнитных полей. В статье представлен аппаратно-программный комплекс для измерения на-пряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты.
Abstract:One of the urgent problems in modern power industry is to provide safety of man staying in the affected area of electric and magnetic fields generated by operating facilities. The paper presents the integrated hardware and software system for measuring of power-frequency electric and magnetic fields intensity.
Авторы: Курбацкий В.Г. (kurbatsky@isem.sei.irk.ru) - Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, г. Иркутск, , , доктор технических наук, Струмеляк А.В. (volandis@mail.ru) - Братский государственный университет, , , кандидат технических наук
Ключевые слова: эллиптическая поляризация, электромагнитные поля промышленной частоты, напряженность магнитного поля, напряженность электрического поля, программный комплекс, аппаратный комплекс
Keywords: elliptic polarization, power-frequency electromagnetic field, magnetic field intensity, electric field intensity, software package, unification and standartization component
Количество просмотров: 8223
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (6.26Мб)
Скачать обложку в формате PDF (1.28Мб)

Размер шрифта:       Шрифт:

Внедрение нового электрооборудования, повышение его энергоемкости, разработка новых и реконструкция старых энергообъектов до настоящего времени обусловливают актуальность проведения своевременной и достоверной оценки электромагнитной обстановки (ЭМО) и решения проблем влияния электромагнитного поля (ЭМП) в электрических сетях на персонал.

Подпись:  Рис. 1. Блок-схема аппаратного комплекса для измерения напряженности ЭМП ПЧЭМО энергообъектов складывается как из полей, создаваемых непосредственно силовым электрооборудованием, так и вследствие внешних ЭМП, спектр которых весьма разнообразен. Однако основное негативное воздействие на персонал в электрических сетях оказывают ЭМП промышленной частоты (ПЧ), создаваемые действующим электрооборудованием.

Существующие методы оценки воздействия ЭМП ПЧ на человека в отечественных электрических сетях базируются на действующих нормативных документах [1], предусматривающих измерение напряженности электрического поля (ЭП) Е, кВ/м, с погрешностью до 20 % и напряженности магнитного поля (МП) Н, А/м, с погрешностью до 10 %. При этом необходимо осуществлять измерения действующего значения синусоиды, амплитуда которой равна большей полуоси эллипса (эллипсоида), описываемого вектором ЭП (или МП) в заданной точке пространства.

Необходимо отметить, что большинство отечественных измерительных комплексов, предназначенных для измерения ЭМП ПЧ, в том числе и широко используемый в отечественных электрических сетях аппаратный комплекс П3-50 (номер сертификата в Госреестре 17638-98), являются системами направленного приема [2], в которых реализован способ измерения, не учитывающий ЭМП эллиптической и эллипсоидной поляризации. Это приводит к возникновению значительной погрешности, максимальная величина которой может достигать 41 %.

В [3] представлен способ измерения, позволяющий определять действующие значения напряженностей ЭП и МП ПЧ в соответствии с требованиями [1]. Суть его заключается в измерении множества мгновенных значений напряженности поля по осям координат {EXi; EYi; EZi} и {HXi; HYi; HZi} за период ПЧ и в последующем расчете действующих значений для ЭП и МП согласно выражениям

,                             (1)

.                           (2)

Однако до настоящего времени аппаратно-программные комплексы (АПК), реализующие способ измерения ЭМП ПЧ в соответствии с выражениями (1) и (2), не разрабатывались, так как соответствующая элементная база практически отсутствует.

В данной статье предлагается оригинальная авторская разработка.

Аппаратный комплекс включает две основные части (рис. 1), соединенные оптической связью, измерительный зонд ЭП и МП, а также модуль интерфейса.

Сигналы с блоков 1–3 или 4–6, являющихся анизотропными датчиками ЭП и МП, через коммутатор аналоговых сигналов (КАС) (блок 7) поступают на предварительный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (блок 8). В блоке 8 имеется усилитель-мультиплексор, реализующий по команде микроконтроллера № 1 (блок 11) переключение пределов измерений. Сигналы, усиленные в блоке 8, через фильтр основной гармоники второго порядка (блок 9) поступают на прецизионный выпрямитель сигнала (блок 10). С выхода блока 10 усиленный, отфильтрованный и выпрямленный сигнал поступает на аналоговые входы микроконтроллера № 1 (блок 11). В нем производятся преобразование сигналов в цифровую форму и их математическая обработка в соответствии с выражениями (1) или (2). В дальнейшем сигнал через оптические порты (блоки 12 и 13) поступает в микроконтроллер № 2 (блок 14) для запоминания и визуализации (блоки 16, 17, 19 и 22). В модуле интерфейса предусмотрен последовательный USB-порт (блок 18) для передачи данных в IBM-совместимый компьютер. Обе части прибора – измерительный зонд и модуль интерфейса – имеют независимые источники питания (блоки 21 и 20 соответственно).

Подпись:  
Рис. 2. Структурная схема программного комплекса 
для исследования ЭМП ПЧВ процессе измерения за один период ПЧ на микроконтроллер № 1 поступают 256 наборов мгновенных значений {EXi; EYi; EZi} или {HXi; HYi; HZi}, по которым определяются действующие значения напряженностей ЭП или МП.

Предложенный аппаратный комплекс для учета ЭП и МП ПЧ обеспечивает:

-    измерение действующего значения синусоиды, амплитуда которой равна большей полуоси эллипса (эллипсоида), описывающего вектор ЭП или МП в заданной точке пространства;

-    отсутствие гальванической связи между измерительным зондом и модулем интерфейса, что способствует повышению точности измерения ЭП вследствие значительного снижения искажений картины поля;

-    автоматический процесс измерения, практически исключающий влияние оператора;

-    цифровую обработку результатов измерения, позволяющую значительно расширить возможности алгоритмического обеспечения;

-    автоматическое управление пределами измерения при помощи электронных коммутаторов аналогового сигнала;

-    выбор измеряемой величины (Е или Н) по команде с клавиатуры;

-    современный USB-интерфейс.

Кроме того, небольшие габариты комплекса обеспечивают его мобильность.

Для анализа результатов измерений напряженности ЭП и МП ПЧ используется ПО верхнего уровня, то есть исполняемое на персональном компьютере, структурная схема которого представлена на рисунке 2.

Подпрограмма «Обмен данными с аппаратным комплексом» взаимодействует с низкоуровневым ПО микроконтроллера модуля интерфейса для получения результатов измерения, записанных в энергонезависимую память (рис. 1, блок 22). Кроме того, подпрограмма позволяет получать результаты измерений в режиме реального времени.

Подпрограмма «Калибровка аппаратного комплекса» предназначена для расчета и изменения калибровочных констант аппаратного комплекса, что существенно упрощает настройку и поверку измерительной системы.

Подпрограмма «Сортировка данных» необходима для выбора значений, по которым производятся построение графиков и гистограмм напряженности, а также расчет допустимого времени пребывания персонала.

Подпись:  Рис. 3. Результаты измерений напряженности ЭП и МП, выполненные различными измерительными системамиПодпрограмма «Построение графиков и гистограмм» предназначена для получения зависимости напряженности ЭП и МП от времени или расстояния, а также формирования гистограмм распределения напряженности с целью текущей оценки ЭМО по исследуемым объектам электроэнергетики в целом.

Подпрограмма «Расчет допустимого времени пребывания персонала» дает возможность по результатам постоянных замеров определить в соответствии с требованиями действующих нормативных документов [1] допустимое время пребывания для персонала, находящегося в зоне влияния ЭМП ПЧ.

Разработанный АПК (см. табл.) позволяет произвести достоверные измерения ЭМП эллиптического характера и обеспечить качественный контроль текущих воздействий полей трехфазных электроустановок на персонал.

Основные технические характеристики АПК

Параметр

Величина

Диапазон измерения напряженности ЭП, кВ/м

0,001¸100

Диапазон измерения напряженности МП, А/м

0,1¸10000

Величина основной относительной погрешности, %

±5

Количество пределов измерения

3

Объем энергонезависимой памяти, значений

2032

Габариты прибора, мм

570´95´95

Вес, кг

0,39

Для апробации нового АПК были выполнены многочисленные измерения напряженности ЭП и МП в действующих электрических сетях Восточной Сибири.

В частности, результаты измерений (рис. 3.) ЭП (кривая 1.а) и МП (кривая 2.а), выполненные с помощью АПК, сопоставлялись с данными, полученными аппаратным комплексом П3-50 для ЭП (кривая 1.б) и МП (кривая 2.б).

Измерения проводились на высоте 1,8 м в поперечном сечении воздушной линии электропередачи 500 кВ, имеющей горизонтальную подвеску проводов, с точкой отсчета расстояния от центрального провода. Анализ показал, что наибольшие погрешности измерения напряженностей ЭП и МП прибором П3-50 зарегистрированы непосредственно под центральным проводом линии (фаза В) и оказались равными 27 и 34 % соответственно. При этом допустимое время пребывания персонала под центральным проводом, рассчитанное в соответствии с требованиями норм [1], составило 3,4 и 2,27 часа для кривых 1.а и 1.б соответственно.

Таким образом, неучет аппаратным комплексом П3-50 эллиптического характера ЭП или МП приводит к существенному необоснованному занижению допустимого времени пребывания персонала, что в целом может оказать негативное влияние на эффективность работы обслуживающего и ремонтного персонала в электрических сетях.

Литература

1.   СанПин 2.2.4.1191-03 Электромагнитные поля в производственных условиях. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. 24 с.

2.   Измеритель напряженности поля промышленной частоты П3-50. Паспорт. АОЗТ «ТАНО», 1998. 17 с.

3.   Бирюков С.В. [и др.]. Расчет и измерение напряженности электрического поля в электроустановках сверх- и ультравысокого напряжения // Влияние электроустановок высокого напряжения на окружающую среду: пер. докл. Междунар. конф. по большим электрич. системам (СИГРЭ-86); под ред. Ю.П. Шкарина. М.: Энергоатомиздат, 1988. С. 6–13.

4.   Курбацкий В.Г., Струмеляк А.В. Совершенствование средств измерений напряженности электрических и магнитных полей промышленной частоты // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов: сб. тр. IV Всеросс. науч.-технич. конф. с междунар. участ. В 2-х т. Благовещенск: АмГУ, 2005. С. 210–213.


Постоянный адрес статьи:
http://swsys.ru/index.php?page=article&id=2637
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (6.26Мб)
Скачать обложку в формате PDF (1.28Мб)
Статья опубликована в выпуске журнала № 4 за 2010 год.

Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик: