Контроль за наведенным напряжением

Основное назначение СНР - кратковременное тестирование наличия напряжения непосредственно с земли. Высокая чувствительность, большие потребления не позволяют использовать СНР для постоянного контроля, поэтому для этих целей применяются СНК.

Анализ существующих конструкций выявил ряд недостатков, снижающих надежность срабатывания и удобство эксплуатации СН. Так, различные требования к емкости и габаритам источника питания (вызванные различием в условиях эксплуатации СН) приводят к использованию разных элементов. В СНК размеры источника питания играют существенную роль (обычно применяются миниатюрные дорогостоящие химические источники тока), в то время как в СНР нет подобных ограничений. Попытки использовать нехимические источники тока (тем самым продлить срок эксплуатации без обслуживания), такие как солнечная батарея и динамо-машина ("Пион-2001", рисунок 7) снижают удобство и надежность эксплуатации. Применение аккумуляторов и конденсаторов увеличивает риск использования прибора с разряженным источником питания.

Рисунок 7.

а - применение СНИ для тестирования наличия напряжения в ВЛЭП;

б - СНИ «ИВА-Н» производства НПЦ «Электробезопасность»;

в - «ПИОН - 2001» производства ЗАО «Техношанс».

СНИ, предназначенные для использования в руке (рисунок 14а), обладают высокой чувствительностью и позволяют определять наличие напряжения на проводах ВЛЭП с земли без подъема на опору. В момент измере-ния СНИ должен находиться в руке выше головы. Одно из достоинств СНИ, по сравне-нию с СНК, заключается в том, что в них можно использовать более дешевые и доступные гальванические элементы питания ("ИВА-Н", рисунок 14б) или другие источники, например динамо-машину ("Пион-2001").

Прибор «ИВА-Н» предназначен для оценки напряженности электри-ческого поля (ЭП) промышленной частоты и индикации допустимого времени пребывания в таком поле ремонтного и обслуживающего персо-нала, производящего работы в зоне сильных ЭП, а также для лиц ин-женерно-технического состава, осуществляющих регламентацию различ-ных видов работ в зоне ЛЭП сверхвысокого напряжения.

Прибор "ИВА-Н" измеряет напряженность ЭП в диапазоне от 5 до 30 кВ/м, он имеет светодиодную линейку (11 сегментов), шкалу нап-ряженности ЭП и шкалу допустимого времени пребывания персонала в ЭП. Прибор оснащен устройством звуковой сигнализации, срабатывающим при нап-ряженности ЭП более 5 кВ/м.

Питание прибора - автономное, от элемента "Крона" или аккуму-лятора со встроенным выпрямителем для подзарядки от сети 220 В. Прибор имеет систему контроля работоспособности. Габаритные разме-ры прибора 195x52x22 мм. масса - 150 г. Прибор комплектуется изме-рительной штангой для обеспечения необходимого, при определении допустимого времени пребывания персонала в ЭП, расстояния между телом оператора и прибором. В корпусе прибора имеется гнездо для крепления измерительной штанги.

Работа прибора "ИВА-Н" основана на электростатической индукции заряда, пропорционального напряженности внешнего ЭП, в измерительном преобразователе емкостного типа, выполненном в виде металлической пластины, усилении и индикации измеренного значения с помощью светодиодной линейки.

Прибор состоит из пяти основных блоков (рисунок 8): измерительного усилителя (ИУ), выпрямителя (В) амплитудного значения сигнала, преобразовательного устройства (ПУ), компаратора (К) и генератора звуковых импульсов (ГЗИ).

Рисунок 8. Структурная схема прибора «ИВА-Н».

Индуцируемый заряд формируется при помощи преобразователя, выполненного в виде металлической пластины. Блок ИУ имеет переменный коэффициент усиления, регулируемый при настройке прибора. Усиленный сигнал подается на выпрямитель амплитудного значения. Преобразователь уровня (ПУ) зажигает один из 1 светодиодов при поступлении на его вход соответствующего постоянного напряжения с выпрямителя. Сигнал с выпрямителя подается также на компаратор (К), который при определенном уровне включает генератор звуковых импульсов. ГЗИ работает на пьезоизлучающую головку, генерируя прерывистый звуковой сигнал частотой 1 кГц.

Модификация прибора имеет два диапазона: помимо вышеописанно-го еще диапазон с высокой чувствительностью, измеряющий напряженность ЭП от 0,5 до 5 кВ/м. Переход в соответствующий измеряемому юлю режим осуществляется автоматически. На лицевой панели два круглых светодиода указывают, в каком диапазоне работает прибор.

Наличие второго диапазона позволяет использовать прибор для определения наличия напряжения на проводах, розетках, распредели-тельных коробках, для поиска трассы скрытой проводки напряжением 127 В и выше в производственных и жилых помещениях, для проверки заземления работающего оборудования.

Бесконтактный сигнализатор напряжения «ИВА-Н» позволяет измерять напряженность ЗП от 0,5 кВ/м, можно использовать для контроля соблюдения предельно допустимых уровней ЭП промышленной частоты внутри жилых помещений и на терри-тории зоны жилой застройки, установленных действующими санитарными нормами.

Сигнализатор также позволяет оперативно определить исправность защитного заземления электрооборудования. При приближении к незаземленному корпусу включенной установки, он срабатывает на расстоянии больше, чем при приближении к отдельному проводу. Если же заземление исправно, то сигнализатор на расстоянии 10-15 мм от корпуса будет оставаться в дежурном режиме.

Зависимость показаний сигнализатора от положения его по отношению к источнику электрического поля, позволяет по максимальному числу горящих светодиодов определять расположение находящегося под напряжением провода, в том числе и скрытой проводки 220 В.

СИГНАЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ КАСОЧНЫЕ (СНК).

При работе на ВЛЭП наиболее правильным является крепление СН на каске (рисунок 16), так как в большинстве вариантов расположения работающего электрическое поле имеет максимальную напряженность в зоне над головой человека.

Основной недостаток многих касочных сигнализа-торов (СНК) заключается в их сравнительно больших габаритах и массе. Размещение такого прибора на каске работника создает значительные неудобства в работе и вызывает утомление шейного отдела позво-ночника. Большая масса прибора обычно вызвана использованием элементов питания устаревших типов с малой энергоемкостью и конструкцией датчика электрического поля.

а - НИК 6-10 производства "РЭТО";

б - СНИ-3 производства КБ "Луч";

в - СНИ-5 производства Армавирского электротехнического завода.

Расположение СНК снаружи на каске опасно из-за возможности зацепов. При снижении размеров сигнали-затора и при увеличении надежности крепления данный недостаток практически устраняется.

Другой, не менее важный, недостаток заключается в том, что расположение прибора на каске не обеспечивает защиту его от воздействия атмосферных оса солнечной радиации и пыли, что значительно еж надежность работы, особенно контактных элементов ввиду повышения вероятности их окисления. Проблема может быть частично решена созданием герметичных корпусов с повышенной влагозащитной, как это сделано с СНК "Кристалл" производства «ИНВАРЭЛТРАНС».

Сложность обеспечения бесконтактного автоматического включения прибора вынуждает практически всех разработчиков применять ненадежный механический переключатель. Использование герконов час решает проблему повышения надежности включения, но при этом появляются проблемы с размещением магнита. Применение бесконтактного переключателя позволяет повысить надежность включения прибора, хотя в этом случае имеют место дополнительные потери электроэнергии, вызванные падением напряжения на электронном ключе, что приводит к снижению ре работы источника питания.

Попытка создания сигнализаторов с расширенным диапазоном измерений ведет к необходимости использования дополнительных переключателей, что снижает надежность и увеличивает риск, связанный с неправильным выбором рабочего диапазона напряжений.

К недостаткам касочных сигнализаторов можно отнести и то, что звуковой сигнал направлен от оператора, что ухудшает его восприятие при сильном и при отсутствии предметов, от которых звук может хорошо отражаться. Этот факт следует учитывать при оценке действительной эффективности указываемых разработчиками уровней звукового давления излучаемой мощности сигналов опасности. Если также учесть, что чувствительность человеческого зависит от частоты сигнала, то сравнивать по уровню сигналы разной частоты и длительности (в случае прерывистого сигнала) некорректно.

Учитывая все описанные выше недостатки, сформулируем требования к СНК нового поколения:

касочный СН не должен содержать выключателя питания, переключателя диапазонов, подверженных внешним воздействиям;

минимально возможные масса и размеры инструкции; масса сигнализатора должна намного меньше массы каски;

центр тяжести каски с сигнализатором не должен быть смещен в сторону;

звуковая сигнализация должна иметь различимые интонации;

уровень звукового давления должен быть достаточным для уверенного распознавания высоком уровне внешних шумов;

наличие системы автоматической самодиагностики всей цепи без дополнительных органов управления;

работоспособность (без замены источника питания) в течение всего срока службы каски.

Сочетать малую массу сигнализатора, длительную работу от одного комплекта батарей и большой уровень звукового сигнала крайне сложно. Как вариант решения этой проблемы может быть использовано разделение сигнализатора на два блока, один из которых, миниатюрный расположен внутри каски и осуществляет непосредственно контроль электрического поля, а второй блок индицирует превышение порогового уровня сигнала и управляет работой первого блока. Второй блок может находиться на спецодежде. Связь между блоками должна быть надежной и не создавать неудобств во время работы. Наиболее оптимальной с этой точки зрения является радиосвязь.

В результате проведенных исследований распределения электрического поля вблизи проводов ВЛЭП и анализа конструкций СНК с учетом сформированных требований разработан касочный сигнализатор "Ради-ус", состоящий из расположенного внутри каски заподлицо в ребре жесткости миниатюрного (массой 10 г) блока контроля электрического поля и бло-ка сигнализации, располагаемого в руке или на спецодежде. Блоки свя-заны с помощью ра-дио, причем блоков сигнализации мо-жет быть несколько, что позволяет один из них укрепить, на-пример, в нагрудном кармане работаю-щего человека в кас-ке с блоком контро-ля, а другой будет находиться у напар-ника или у наблюда-ющего.

Помимо основ-ной системы сигна-лизации о приближении на опасное расстояние к проводам ВЛЭП (прерывистые световые и звуковые сигналы) СНК "Радиус" имеет дополнительную систему сигнализации (непрерывный сигнал), включающуюся в случае нарушения радиосвязи блоков или иной неисправности.

СНК срабатывают при приближении к находящимся под напряжением токопроводам в тот момент, когда напряженность контролируемого ими электрического поля превышает установленное пороговое значение. В связи с этим для повышения надежности защиты человека необходимо знать уровень и особенности изменения напряженности электрического поля вблизи проводов ВЛЭП 6-35 кВ (в первую очередь непосредственно под ними), для этого был разработан расчёт напряжённости электрического поля, создаваемого ВЛ.

По выведенным на базе теории электромагнитного поля формулам проведены расчеты напряженности электрического поля возле проводов трехпроводных ВЛЭП.

Вычисления проводились в двух случаях: в первом случаи опора считалась деревянной, неискажающей картины поля, и вычисления проводились для трехпроводной линии; во втором случаи, для упрощенного учета влияния металлической или железобетонной опоры, вводилась дополнительная проводящая поверхность, перпендикулярная плоскости земли.

Расчеты проводились для трех распространенных вариантов крепления проводов ВЛЭП 10 кВ на опоре, а также для провода, расположенного вблизи проводящей поверхности. Проведен анализ изменения напряженности, ее вертикальной и горизонтальной проекций.

Учет влияния земли и дополнительной проводящей поверхности проводился с помощью метода зеркальных изображений. Заряды реальных и фиктивных проводов учитывались в комплексной форме. Результирующее значение Е определялось посредством разложения каждого вектора на вертикальную и горизонтальную проекции. Модуль вектора напряженности электрического поля в произвольной точке под трехфазной ВЛЭП:

На рисунке 9 представлены графики изменения напряженности электрического поля Е и её проекций Е_х, Е_у в зависимости от высоты h при боковом смещении от оси опоры х = 0,1 м под проводами ВЛЭП 10 кВ расположенными вертикально.

Рисунок 18.

а - схематичный вид опоры с вертикальным расположением проводов в один ярус;

б - зависимость действующих значений напряженности Е (В/м) электриче-ского поля и её проекций от высоты h (м). Габариты линии (м): Н_а= 10, Н_в = 10,9, Н_с = 11,8, d_A= -0,5, d_B = 0,5, d_C = -0,5, радиус провода r = 0,006.

Анализ результатов расчетов позволяет сделать следующие выводы:

1. Изменение соотношения вертикальной проекции к модулю вектора напряженности Е_у/Е объясняется тем, что вектор Е с ростом высоты h поворачивается в пространстве. На высоте 1,8 м (на этой высоте проверяют с помощью наличие напряжения на проводах ВЛЭП) от земли направление вектора Е близко к вертикальному. Выше 10 м (выбранное расстояние от земли до нижнего провода) проекция Е_у меняет знак; по этой причине значение Е_у для всех типов расположения проводов в зоне непосредственно под нижним проводом ниже максимума, который находится при меньшей высоте h.

2. Значение Е на высоте 1,8 м составляет 2-3 % о значения Е на высоте 9,4 м (предельно допустимая высота подъема человека при расстоянии до нижнего провода 10 м).

3. Значение Е зависят при постоянной высоте h от бокового смещения х. По мере приближения к проводам изменения Е и Е_у от х все более существенны.

4. Для различных типов расположения проводов значение Е и Е_у при одинаковых h и боковых смещениях различны.

5. Присутствие вблизи проводов заземленных проводящих предметов, вблизи земли при этом уменьшается.

Представленные данные и результаты их анализа следует учитывать при определении области применения СН, уровня чувствительности, разработке конструкции антенны и т.д. В частности, полученные результаты показывают, что антенны СН, предназначенных для определения напря-женности с земли могут воспринимать одну вертикальную составляющую Е_у в то время как антенны касочных СН обязаны измерять модуль вектора напряженности Е.

СНИ, предназначенные для крепления на одежде, менее чувствительны, чем ручные.

В данных сигнализаторах антенна электрического поля расположе-на параллельно телу человека.

Большинство современных СНИ имеют системы визуальной и акустической сигна-лизации, устройства контроля работоспо-собности.

Следует отметить, что сигнализаторы напряжения позволяют также проверять исправность защитного заземления у включенного электрооборудования, пра-вильность установки выключателей освещения, определять расположение скрытой проводки, находящейся под напряжением 220 В.

Схожесть принципов действия СНР и СНК толкает разработчиков к созданию универсального прибора с возможностью крепления, как на каске, так и на спецодежде, позволяющего определять наличие напряжения на проводах ВЛЭП с различным рабочим напряжением. Возникающие трудности, связанные с необходимостью обеспечить различную чувствительность, решают с помощью механических переключателей диапазонов работы. Введение переключателя снижает надежность работы и увеличивает риск неправильного использования СН, вызванного ошибочным выбором рабочего диапазона

Проведенный анализ существующих конструкций СН позволил выявить недостатки и определить направления по разработке новых средств защиты, увеличивающих безопасность эксплуатации ВЛЭП.

СИГНАЛИЗАТОРЫ - УКАЗАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ БЕСКОНТАКТНЫЕ.

Указатели напряжения бесконтактные (УНБ) для ВЛЭП напряжением свыше 1000В по принципу действия похожи на СН, но отличаются меньшей чувствительностью.

Расстояние срабатывания УНБ составляет несколь-ко сантиметров, поэтому для обеспечения возможности проверки наличия напряжения они крепятся на изоляци-онной штанге. Так как нет необходимости непосред-ственного контакта с проводом, то упрощается позицио-нирование УНБ, но снижается достоверность тестирова-ния на наличие напряжения. Отсутствие непосредственного контакта не позволяет создать указатели источника питания в рабочей части, что усложняет и удорожает конструкцию. Наличие источника питания вынуждает устанавливать переключатель питания, снижающий надежность работы. Некоторые производители решают эту проблему автоматическим включением при установке рабочей части УВНБУ-6-220 кВ на штангу.

УНБ изготавливаются в металлическом или массовом корпусе. Оба варианта допускают непосредственный контакт с проводом. УНБ в металлическом корпусе не обладают направленностью срабатывания, что позволяет располагать их относительно провода произвольно. В то же время есть УНБ с ярко выраженной направленностью срабатывания.

Вследствие схожести принципа действия и предназначения УНБ можно классифицировать как особь сигнализаторов напряжения.

Список литературы

1. Васюра, Ю.Ф., Черепанова, Г.А., Палашева, С.Е. // Электротехника и энергетика: Сб. науч. тр. ВятГТУ (№ 2) / ВятГТУ. - Киров, 1997. - С.141-144.

2. Инструкция по применению и испытанию средств защиты, используемых в электроустановках. Министерство энергетики Российской Федерации. М.: Электроком, 2003.

3. Ким, К.К. Сигнализаторы напряжения для воздушных ЛЭП 6…35 кВ / Ким К.К., Красных А.А., Морозов А.С. // Безопасность жизнедеятельности.-2003.-№6.-С. 24-27.

4. Красных, А.А. Бесконтактные указатели напряжением свыше 1000 В / Красных, А.А., Хлебников, В.А , Морозов, А.С. // Наука - производство - технологии - экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов в 5 т. - Киров, 2003. - Т. 4 (ЭТФ). - С. 22-23.

5. Красных, А.А., Литвинов, Д.Г., Машковцев, И.И. Прибор для измерения электрического поля и определения допустимого времени пребывания персонала в электрическом поле. // Электротехника и энергетика: Сб. науч. тр. ВятГТУ (№ 2) / ВятГТУ. - Киров, 1997. - С. 7-9.

6. Красных, А.А. Особенности применения устройств для проверки указателей напряжением выше 1000 В в полевых условиях / Красных, А.А., Хлебников, В.А // Наука - производство - технологии - экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов в 5 т. - Киров, 2003. - Т. 4 (ЭТФ). - С. 19-22

7. Красных, А.А. Сигнализаторы напряжения индивидуальные / Красных, А.А., Морозов, А.С. // Наука - производство - технологии - экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов в 5 т. - Киров, 2003. - Т. 4 (ЭТФ). - С. 27-28.

8. Красных, А.А. Указатели напряжения для электроустановок напряжения выше 1000 В / Красных, А.А., Хлебников, В.А // Наука - производство - технологии - экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов в 5 т. - Киров, 2003. - Т. 4 (ЭТФ). - С. 17-19.

9. Красных, А.А. Указатели напряжения до 1000 В / Красных, А.А., Литвинов, Д.Г., Феофилактов, С.А. // Наука - производство - технологии - экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов в 5 т. - Киров, 2003. - Т. 4 (ЭТФ). - С. 29-30.

10. Кривошеин, И.Л. Малогабаритное устройство для проверки указателей высокого напряжения в полевых условиях / Кривошеин, И.Л., Машковцев, И.И., Булатов, А.С. //Ежегодная региональная научно-техническая конференция ВятГТУ «Наука - производство - технологии - экология»: Сб. материалов /ВятГТУ. - Киров, 2000. - Т. 3. - С. 78-79.

11. Морозов, А.С. Системы сигнализации для устройств контроля наличия напряжения // Наука - производство - технологии - экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов в 5 т. - Киров, 2002. - Т. 4 (ЭТФ). - С. 31-32.

12. Попов, В.А. Анализ факторов, влияющих на наведение напряжения при ремонте воздушных линий / Попов, В.А., Медов, Р.В., Бессоницын, А.В. // Наука - производство - технологии - экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов в 5 т. - Киров, 2004. - Т. 4 (ЭТФ). - С. 209-210.

13. Попов, В.А. Оценка зависимости уровня электромагнитной составляющей наведенного напряжения от несимметрии тока влияющей воздушной линии электропередачи / Попов, В.А., Якимчук, Н.Н. // Наука - производство - технологии - экология: Всероссийская научно-техническая конференция: Сб. материалов в 5 т. - Киров, 2004. - Т. 4 (ЭТФ). - С. 139-140.

14. Правила применения и испытания средств защиты, используемых в электроустановках. ПО Союзтехэнерго / Минэнерго СССР.- 8-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1987.

15. Шарандин А.А. Проблема определения наведенного напряжения на воздушных линиях электропередачи / Техника безопасности. - 2004, -№ 6. -С.12.