ПРИБОРЫ ФИРМЫ «ФУНКВЕРК ДРЕЗДЕН»
Выпускаемые в настоящее время этой фирмой локационные неавтоматические искатели повреждений типов ФОГ-101, ФОГ-201 и ФОГ-501 основаны на отсчете результата измерения по сумме времени калиброванной задержки развертки и калиброванной развертки ЭЛТ. Блок-схема прибора и соответствующие временные соотношения в укрупненной форме фактически соответствуют рис. 6-3 и 6-4.
Приведем некоторые данные наиболее совершенного прибора рассматриваемой группы — ФОГ-201 [Л. 57].
Прибор является универсальным и имеет дальность действия:
для силовых кабельных линий ... 16,6 км
для кабелей связи . 24 км
для воздушных линий электропередачи
и связи ... 200 км
Прибор имеет два диапазона. Один предназначен для кабельных линий и отградуирован в микросекундах, второй — для воздушных линий и проградуирован в километрах при скорости распространения 295 м/мксек. Задержка развертки на каждом диапазоне имеет 20 калиброванных положений:
на 1-м диапазоне по 10 мксек . . . от 0 до 190 мксек
на 2-м диапазоне по 10 км ... от 0 до 190 км
После установки оператором задержки развертки, жестко связанной с грубой выходной шкалой, в положение, когда отраженный импульс появляется на экране ЭЛТ, уточняющий отсчет производится по расстоянию на линии развертки. Размер развертки во времени перекрывает один дискретный диапазон задержки. Развертка калибрована с помощью наружной масштабной сетки на экране.
Нелинейность и нестабильность развертки создают погрешность, относящуюся к 1/19 всего измеряемого диапазона. Поэтому погрешности при такой системе существенно меньше, чем при полном отсчете по линии развертки. Фирма гарантирует максимальные погрешности:
на 1-м диапазоне .. 1,25%+0,1 мксек
на 2-м диапазоне 1,25%±100 м
Зондирующие импульсы имеют форму треугольника с отвесным фронтом и имеют длительность порядка 1—1,5 мксек для измерений на кабелях и 3—5 мксек — для воздушных линий.
Выходная мощность импульсов 25 вт (62 в на выходном сопротивлении 150 Ом). Предусмотрено симметричное и несимметричное переключение для согласования с входным сопротивлением линий 20; 40; 75; 150 и 600 Ом. Усилитель отраженных импульсов имеет непрерывную регулировку коэффициента усиления от 0 до 1 800 ( 7,5 неп). Полоса пропускания частот обеспечивает воспроизведение импульсов с длительностью фронта более 0,2 мксек.
Прибор сконструирован на электронных лампах сверхминиатюрной серии. Потребление от сети переменного тока 220 в ±5% 120 ва, вес 13 кг. Габаритные размеры 190X265X420 мм3.
Специально для высоковольтных воздушных линий электропередачи этой же фирмой выпускается прибор ФОГ-501 [Л. 58]. Принцип действия и конструкция его такие же, как у ФОГ-201.
Прибор двухдиапазонный: на дальность 200 и 500 км. Отличается мощными зондирующими импульсами 4,5±5,5 кВт. На выходном коаксиальном кабеле с волновым сопротивлением 75 Ом максимальное напряжение импульса 645 в. Задержка развертки имеет 10 дискретных ступеней по 20 км на 1-м диапазоне и по 50 км — на 2-м диапазоне, погрешности соответственно составляют 5% ±0,1 км и 5% ±0,25 км. В пределах одной ступени задержки отсчет ведется по линии развертки. Усилитель имеет плавную регулировку коэффициента усиления от 0 до 100 (4,6 неп).
Питание прибора производится от сети переменного тока 220 в ±5%; потребление 300 ва, вес 30 кг, габаритные размеры 260X440x550 мм3.
ПРИБОР ТИПА СМЕ-110
Прибор СМЕ-110 [Л. 59] предназначен для кабельных линий длиной от 2 до Ι10000 ярдов (1,8—9144 м).
Работа его основана на отсчете результата измерения по калиброванной линии развертки.
Скорость развертки имеет семь ступеней, позволяющих перекрывать от 100 до 10 000 ярдов.
Высокая линейность калиброванной развертки луча ЭЛТ обеспечивает погрешность не более ±2%. Отсчет ведется с помощью суммирования величин, соответствующих дискретным положениям скорости развертки и положению отраженного импульса на экране ЭЛТ с градуировкой непосредственно в единицах длины.
Прибор имеет четыре диапазона, проградуированные на скорости распространения импульсов в широко применяемых конструкциях кабелей, и пятый диапазон с плавной подстройкой по скорости распространения в измеряемом кабеле. Для настройки в условиях эксплуатации в прибор встроен специальный калибратор, имеющий погрешность не более 1%. Генератор зондирующих импульсов на выходном сопротивлении 100 Ом обеспечивает импульсы напряжением не менее 10 в. Предусмотрено изменение длительности зондирующих импульсов от 0,02 до 2 мксек. Последнее является важным преимуществом прибора, отличающим его от других известных аналогичных устройств. При длительности импульса 0,02 мксек представляется возможным определить расстояние до места повреждения кабеля, удаленное от прибора на несколько метров (высокая разрешающая способность). Этим условиям соответствует широкая полоса пропускания усилителя (несколько десятков мегагерц). Коэффициент усиления до 52 дб.
Прибор сконструирован на полупроводниковых приборах. Потребляет на постоянном токе при напряжении 11—15 в около 10 вт, приспособлен для питания как от внешней, так и от внутренней батареи, на переменном токе 100—250 в потребляет 25 ва. Вес прибора 6 кг, а вместе с батарейками питания — 8 кг, габаритные размеры 180X220X410 мм3.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА НЕАВТОМАТИЧЕСКИХ ВОЛНОВЫХ ИСКАТЕЛЕЙ ПОВРЕЖДЕНИЙ
Принцип действия этих приборов основан на «методе колебательного разряда» [Л. 44, 60]. Структурная схема и соответствующие ей временные соотношения представлены на рис. 6-9.
Непосредственно к прибору относятся формирователь управляющих импульсов 1 и измерительное устройство 2.
Система элементов 3 и 3' придается к прибору для соединения с кабелем 4, на котором проводится измерение. Кроме того, на рис. 6-9,а показано высоковольтное испытательное устройство 5, подающее на жилу кабеля напряжение постоянного тока отрицательной полярности.
При медленном подъеме испытательного напряжения через сопротивление 3' в изоляции кабеля происходит пробой. Форма напряжения в момент пробоя на входе кабеля, как уже отмечалось в гл. 1, соответствует рис. 6-9,б.
Через Делитель 3 такое напряжение поступает на вход формирователя управляющих импульсов 1, который формирует два импульса «пуск» (П) и «стоп» (С), сдвинутые друг относительно друга на полпериода первого периода колебаний ta. Задачей измерительного устройства 2 является отсчитать и зафиксировать интервал времени между этими импульсами. Последний прямо пропорционален расстоянию до места пробоя.
Рис. 6-9. Структурная схема и временные соотношения неавтоматического волнового искателя. а — структурная схема; б — временная диаграмма; 1 — формирователь управляющих импульсов; 2 — измерительное устройство; 3 и 3 — делитель напряжения и резистор; 4 — кабельная линия; 5 — высоковольтное испытательное устройство; П — импульс «пуск»; С — импульс «СТОП».
ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСЕКУНДОМЕР ЭМКС-58М
Приборы, производящие измерения на основе метода колебательного разряда, начали выпускаться в СССР на много лет раньше, чем их иностранные аналоги. Сначала измерения осуществлялись выпущенными серийно осциллографами ждущей однократной развертки типа ОЖО-3 (ОЖО-1 и ОЖО-2 изготовлялись ВНИИЭ). Недостатком этих устройств была необходимость в фотографировании с экрана осциллографа однократного колебательного процесса с последующим проявлением пленки, по которой осуществлялся отсчет искомого расстояния.
С 1958 г в СССР серийно выпускается прибор ЭМКС-58 (несколько позднее усовершенствованный и получивший наименование ЭМКС-58М).
Блок-схема прибора и относящиеся к ней эпюры напряжений представлены на рис. 6-10 [Л. 29, 45].
Формирователь управляющих импульсов 1 вырабатывает два коротких, сдвинутых на измеряемый интервал времени tи импульса. Последние воздействуют на блок управления ключевой лампой 2. С его выхода мощный прямоугольный импульс длительностью tи обеспечивает открытие на время tи ключевой лампы 3. Через эту лампу от стабилизированного источника постоянным
по величине током (по цепи 4) заряжается конденсатор. Чем больше интервал времени tи, тем до большего напряжения зарядится конденсатор, причем зависимость линейная (рис. 6-10). Напряжение на конденсаторе измеряется ламповым вольтметром 5, отградуированным в метрах расстояния до места повреждения (υ=160 м/мксек). Благодаря высокому входному сопротивлению вольтметра (1010 Ом) и ряду специальных мер уменьшения токов утечки в изоляции прибора зафиксированное в один цикл заряда конденсатора показание сохраняется несколько минут. Этого времени достаточно оператору для снятия показания прибора.
Рис. 6-10. Блок-схема и эпюры напряжений прибора ЭМКС-58М. а — блок-схема; б — эпюры напряжений; 1 — формирователь управляющих импульсов; 2 — блок управления ключевой лампой; 3 — ключевая лампа; 4 — зарядная цепь; 5 —ламповый вольтметр; П — пуск; С — стоп; l — расстояние до места повреждения; k — коэффициент.
В устройстве имеется самоблокировка для исключения наложения замеров друг на друга при поступлении повторных колебаний на вход прибора. Повторный замер возможен только после ручного деблокирования с помощью кнопки, расположенной на передней панели. В прибор встроено контрольное устройство для проверки правильности его работы.
При наличии неоднородности волнового сопротивления в кабельной линии на характерную кривую колебательного разряда могут быть наложены резкие выбросы напряжения, могущие привести к преждевременному формированию импульса «стоп» и неверному отсчету.
Для исключения ошибок в этих условиях в приборе предусмотрено два дискретных уровня чувствительности формирования стоп—импульса. Если показания прибора при разных уровнях близки друг к другу, то надо считать основным отсчет, относящийся к большей чувствительности (точность выше). Если показания отличаются существенно (10% и более), то отсчет берется по более грубому уровню. К прибору придается высоковольтный емкостный делитель напряжения, состоящий (рис. 6-11) из высоковольтных конденсаторов С1 и низковольтных конденсаторов С2.
Рис. 6-11. Схема подключения прибора ЭМКС к измеряемому кабелю.
а — подключение прибора с помощью емкостного делителя; б — антенное подключение; 1 — прибор; 2 — кабель; 3 — выпрямитель; 4 — провода-антены; 5 — место повреждения, удаление от начала кабеля на расстояние l; R — резистор; C1—C2 — емкостный делитель.
Делитель имеет две независимые друг от друга цепи деления для управления цепями «пуск» и «останов» прибора ЭМКС. Конденсатором C1 служит изоляционная трубка, являющаяся высоковольтным изолятором между внутренним высоковольтным электродом и внешними обкладками делителя. Для изменения коэффициента деления внутренний электрод делителя выполнен сменным (меняется емкость C1).
Емкость С2 образуется входной емкостью прибора ЭМКС-58М, емкостью экранированных проводов, идущих от обкладок конденсатора C1, и емкостью экрана делителя (специальных конденсаторов С2 не предусмотрено).
Делитель рассчитан для работы при напряжениях пробоя изоляции кабеля 2—50 кВ.
Прибор предназначен для измерения расстояния до места повреждения в пределах 20—10000 м.
Имеются четыре предела измерения: 0—1; 0—2; 0—5 и 0—10 км (или соответственно 0—12,5; 0—25; 0—62,5 и 0—125 мксек). Погрешность прибора, обусловленная точностью градуировки шкалы и стабильностью работы схемы, не превосходит ±3% максимального значения шкалы прибора, на которой производится измерение.
Потребление от сети переменного тока 127—220 в около 80 вт,
ПРИБОР ФИРМЫ «ФУНКВЕРК ДРЕЗДЕН» ТИПА ФОГ-301
Назначение и область применения прибора ФОГ-301 [Л. 61] те же, что и ЭМКС-58М. Блок-схема его отличается измерительным устройством. Последнее представляет собой трехдекадный электронный счетчик последовательности импульсов, следующих через равные интервалы времени (1 мксек±0,1 %). Чем больше измеряемый интервал времени — tи, тем больше показание счетчика.
На передней панели находится цифровой индикатор, показание которого соответствует измеряемому расстоянию до места пробоя изоляции.
Прибор снабжен автоматическим устройством для сложения значений следующих один за другим процессов измерения. При этом за счет усреднения статистических разбросов показаний погрешность измерения прибором снижается с 1 мксек (80 м) при однократном измерении до 0,3 мксек (25 м). По данным фирмы вызываемая деформацией фронта волн погрешность измерения не превышает 3% от измеряемого значения.
Минимальная дальность измерения (разрешающая способность) значительно хуже, чем у прибора ЭМКС. Она равна 60 м. Максимальная дальность 16 км. Предусмотрено регулирование порога (чувствительности) срабатывания прибора.
Питание осуществляется от сети переменного тока 220 в ±10%, вес 10 кг, габаритные размеры 400X290X290 мм3.
К прибору придаются:
конденсатор связи с переключением емкости пятью ступенями в диапазоне от 25 до 400 пф с напряжением соответственно от 120 до 7,5 кВ;
согласующее устройство с входной емкостью 10 тыс. пф и выходом на коаксиальный кабель 75 Ом;
снабженное двумя защитными разрядниками и предохранителями добавочное сопротивление 500 Ом±20% с изоляцией относительно «земли» на 120 кВ;
высокочастотный соединительный кабель с изоляцией на 1 кВ длиной 50 м.