автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Повышение точности измерения напряженности низкочастотных электрических полей техногенной природы электроиндукционными датчиками

На правах рукописи

ТИМОНИНА ЕВГЕНИЯ ВИКТОРОВНА

СШ347ба 1Ь

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ТЕХНОГЕННОЙ ПРИРОДЫ ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННЫМИ ДАТЧИКАМИ

Специальность: 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной

среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск-2009

,7 СЕН1-®3

003476915

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» (ГОУ ВПО «ОмГТУ») на кафедре «Информационно-измерительная

техника»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Бирюков Сергей Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Кузнецов Андрей Альбертович

кандидат технических наук, доцент Пляскин Михаил Юрьевич

Ведущая организация:

Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии (ФГУП СНИИМ), г. Новосибирск

Защита состоится «X» октября 2009 г. в 15:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.178.01 при Омском государственном техническом университете по адресу: Омск, пр. Мира, 11, ауд. 8-421

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Автореферат разослан «_4_» сентября 2009 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 644050, 0мск-50, пр. Мира, 11, Омский государственный технический университет, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.178.01

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.178.01

д.т.н., доцент

В. Л. Хазан

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных условиях научно-технического прогресса с развитием энергетики и энергопотребления возникают повышенные требования к качеству и экологической безопасности электрических сетей. Существенное внимание уделяется развитию соответствующих систем изоляции средств передачи электроэнергии и различным факторам влияния линий электропередач (ЛЭП), электрических подстанций и электроустановок на человека и окружающую среду, что связано как с вхождением высоковольтных ЛЭП в инфраструктуру городов при их развитии, так и с проектированием ЛЭП сверхвысокого напряжения для передачи энергии на дальние расстояния.

В настоящее время проблема негативного влияния низкочастотных электрических полей (ЭП) занимает одно из ведущих мест по своей экологической и производственной значимости среди других факторов окружающей среды. ЛЭП, электрические подстанции, электроустановки высокого напряжения являются источниками биологически активного ЭП, способного вызвать ухудшение состояния здоровья персонала, развитие ряда патологий и серьезных функциональных расстройств. Эффект от непосредственного воздействия, проявляющегося при пребывании в ЭП, усиливается с увеличением напряженности поля и времени нахождения в нем. Значимой проблемой является накапливание биологического эффекта в условиях многолетнего производственного влияния ЭП. При систематическом воздействии на организм человека уровнями, превышающими предельно допустимые, ЭП может вызвать изменения функционального состояния нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, а также некоторых обменных процессов и иммунологической реактивности организма.

Одновременно с проблемой биологического воздействия низкочастотных ЭП возникает ряд проблем, связанных с необходимостью развития систем изоляции средств передачи электроэнергии. Оценка технического состояния изоляции определяется с учетом распределения вектора напряженности ЭП в объёмах или вблизи поверхности изоляторов электротехнического и другого оборудования. Контроль технического состояния изоляции и электрооборудования представляет собой важную задачу, решение которой позволит обнаружить зарождающие дефекты на ранней стадии и, тем самым, предотвратить аварийные ситуации, способные привести к серьезным негативным последствиям.

Значительный вклад в развитие теории и практики построения средств измерения напряженности ЭП внесли отечественные и зарубежные ученые:

B. И. Гордиенко, Н. И. Калашников, К. Д. Надточий, Е. Ф. Зимин, Э. С. Кочанов, П. М. Конин, Ю.А.Морозов, В. Н.Зажирко, Э. П. Каскевич, М. Misakian, Т. Horvath, Е. Pop, D. Е. Friedman, В. М. Юркевич, Н. Böcker, L. Wilhelmy, К. Feser,

C. В. Бирюков и другие. Однако, несмотря на сделанные наработки, существующие методы и средства измерения напряженности низкочастотных ЭП не всегда пригодны для проведения измерений ЭП техногенной природы с необходимой точностью.

Таким образом, проблема точного и достоверного измерения напряженности низкочастотных ЭП техногенного происхождения как вблизи электротехнического оборудования, так и в свободном пространстве ЛЭП и электрических подстанций

является весьма актуальной, поскольку ее решение позволит проводить более жесткий контроль за предельно допустимыми уровнями напряженности с целью своевременного обнаружения и устранения дефектов изоляции и снижения неблагоприятного влияния низкочастотных ЭП на обслуживающий персонал ЛЭП, население и окружающую среду.

Кроме того, разработка высокоточных средств измерения напряженности низкочастотных ЭП позволит использовать их в качестве эталонов при поверке серийно выпускаемых приборов для измерения напряженности низкочастотных ЭП различной неоднородности.

Цель диссертационной работы заключается в уточнении уже существующего и разработке нового метода и средств измерения напряженности низкочастотных ЭП техногенной природы, позволяющих проводить измерения в ЭП различной неоднородности и обеспечивающих уменьшение погрешности и расширение пространственного диапазона измерений.

Задачи исследований. Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

1. В области теоретического анализа рассмотреть вопросы взаимодействия проводящей поверхности сферического датчика с электрическими полями различных источников (однородное поле, поле точечного источника, поле бесконечно тонкой проводящей линии конечной длины, поле электрического диполя) и получить аналитические выражения для нормальной составляющей напряженности ЭП на поверхности проводящей сферы.

2. С помощью математического аппарата теоретически обосновать физически выделяемые угловые положения трехкоординатных электроиндукционных сферических датчиков (ТЭСД) напряженности ЭП в пространстве, в которых погрешность измерения напряженности ЭП от неоднородности поля принимает предельные значения.

3. С учетом определенных пространственных положений ТЭСД провести математическое моделирование датчиков напряженности в ЭП различной неоднородности, по результатам которого разработать новый трехкоординатный метод измерения напряженности ЭП, позволяющий проводить измерения как вблизи, так и вдали от источников поля с заданной погрешностью в максимально возможном пространственном диапазоне измерения.

4. С учетом полученных результатов уточнить трехкоординатный метод измерений напряженности ЭП, позволяющий проводить измерения без определенной ориентации датчика в пространстве. На основании уточненного метода провести сравнительный анализ работы ТЭСД напряженности в полях различной неоднородности.

5. Разработать структурные схемы средств измерений напряженности ЭП с учетом нового метода измерений.

Методы исследований. В настоящей диссертационной работе были проведены теоретические исследования и соответствующее им математическое и численное моделирование. При выводе основополагающих выражений и зависимостей были использованы теория поля и методы теоретических основ электротехники, теория

математического анализа (интегральное, дифференциальное, вариационное исчисление) и прикладной математики. Математическое моделирование было реализовано программно в универсальной системе математических расчетов МаЛСАО 13.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Получены аналитические выражения для нормальной составляющей напряженности ЭП на поверхности проводящего сферического датчика, находящегося в полях бесконечно тонкой проводящей линии конечной длины и электрического диполя, являющиеся частью математических моделей многокоординатных датчиков при нахождении электрического заряда на поверхности их чувствительных элементов.

2. С помощью теории математического анализа обоснованы физически выделяемые угловые положения ТЭСД в пространстве, в которых погрешность измерения напряженности ЭП от неоднородности поля принимает предельные значения.

3. Создан новый метод измерения напряженности низкочастотных ЭП -.метод выравнивания двух составляющих при третьей равной нулю, позволяющий расширить пространственный диапазон измерения и свести к желаемому минимуму погрешности измерения, вызванные ориентацией ТЭСД в пространстве и неоднородностью ЭП.

4. Уточнен трехкоординатный метод измерения напряженности ЭП, позволяющий проводить измерения с заданной погрешностью в полях различной неоднородности за счет выбора оптимальных размеров и конфигурации чувствительных элементов датчика без определенной ориентации ТЭСД в пространстве.

Достоверность полученных результатов определяется корректным использованием соответствующего математического аппарата при выводе основополагающих формул и анализе полученных выражений; предварительной оценкой допускаемых приближений и их научным обоснованием; теоретическими расчетами, согласованными с результатами исследований других авторов и проверенными математическим моделированием; соответствием основных результатов и выводов общефизическим представлениям о характере процессов, протекающих при измерении и контроле напряженности низкочастотных ЭП техногенной природы.

Практическая ценность работы состоит в возможности применения полученных технических решений и внедрения нового метода и средств измерения напряженности низкочастотных ЭП в различные отрасли энергетической промышленности с целью проведения более точных измерений для контроля за предельно допустимыми уровнями напряженности во избежание внезапных пробоев изоляции, для поддержания необходимой степени надежности работы электрооборудования, для исключения опасности для жизни и здоровья персонала и минимизации негативных воздействий низкочастотных ЭП техногенной природы на окружающую среду. Кроме того, результаты работы являются основой для разработки высокоточных средств измерения напряженности низкочастотных ЭП,

позволяющих использовать их в качестве эталонов при поверке серийно выпускаемых приборов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Аналитические выражения для нормальной составляющей напряженности ЭП на поверхности проводящей сферы, находящейся в поле бесконечно тонкой проводящей линии конечной длины и в поле электрического диполя, устанавливающие зависимости нормальной составляющей напряженности на поверхности датчика от его радиуса и:расстояния от центра датчика до проводящих поверхностей. .

2. Математические модели .электроиндукционных сферических датчиков напряженности ЭП и методика проведения математического моделирования.

3. Пространственно-угловые положения датчика, соответствующие предельным значениям погрешности от неоднородности ЭП.

4. Метод измерения напряженности низкочастотных ЭП, основанный на взаимодействии ТЭСД с ЭП - метод выравнивания двух составляющих при третьей равной нулю.

5. Уточненный трехкоординатный метод измерения напряженности ЭП.

6. Средства измерения напряженности низкочастотных ЭП, реализующие разработанный метод измерений.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты диссертационной работы отражались в научных докладах, которые обсуждались на IV Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2007), VI Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин», посвященной 65-летию ОмГТУ (Омск, 2007), 9 Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, информатизация» (Барнаул, 2008), на Всероссийской научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность» (Омск, 2008).

Публикации. Результаты диссертационных исследований опубликованы в 15 работах: в 4-х статьях в центральных периодических журналах, рекомендованных ВАК, в 3-х описаниях к патентам на полезную модель, в 2-х свидетельствах об отраслевой регистрации разработок в Отраслевом фонде алгоритмов и программ, в 4-х статьях в сборниках трудов международных и всероссийских научно-технических конференций, в 2-х статьях в научно-технических сборниках. Кроме того, получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель.

Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 159 наименований. Основной текст работы изложен на 130 листах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 45 рисунков. Общий объем работы составляет 195 страниц машинописного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулированы цели и задачи работы, намечены пути их реализации, определены научная новизна и практическая ценность результатов, представлена структура диссертационной работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации приведены результаты изучения состояния проблемы и определены основные направления исследований, необходимых для достижения поставленных целей.

Проведен обзор существующих физических эффектов, принципиально возможных для построения датчиков напряженности ЭП, и обоснование выбора электроиндукционных датчиков, в основе работы которых лежит явление электрической индукции (электроэлектрический эффект), в качестве наиболее оптимальных для измерения напряженности низкочастотных ЭП. Достоинствами электроиндукционных датчиков являются широкий диапазон измеряемой напряженности (от десятых долей кВ/м до тысяч кВ/м), малая погрешность измерения (единицы процентов), высокая чувствительность, простота конструкции и измерительных цепей. ,

Поскольку напряженность ЭП - векторная величина, то определение его направления целесообразно проводить с использованием трехкоординатных датчиков, которые должны иметь симметричную форму.

Наиболее подходящими с этой точки зрения являются датчики сферической формы, симметричной во всех направлениях. Помимо этого, они не имеют острых углов, приводящих к возникновению коронного разряда и, как следствие, позволяют измерять значительные уровни напряженности.

Обзор существующих методов измерения напряженности переменных ЭП показал, что часть выявленных методов пригодна для измерения полей только вблизи или вдали от источников поля, что говорит о полной или частичной непригодности этих методов для решения поставленных задач. К наиболее подходящим для измерения и контроля напряженности низкочастотных ЭП можно отнести методы, повышающие точность результатов измерений, позволяющие проводить измерения ЭП как вблизи электротехнического оборудования, так и в свободном пространстве. К таким методам относятся: метод выравнивания составляющих (МВС), метод выделения максимальной составляющей (МВМС) и усовершенствованный метод трехкоординатных измерений (УМТИ). Сравнительный анализ этих методов показал, что метод МВМС при тех же погрешностях от неоднородности имеет более широкий пространственный диапазон измерения, чем методы МВС и УМТИ. Однако к недостаткам метода МВМС можно отнести невысокую чувствительность, поскольку измеряется только одна из составляющих вектора напряженности ЭП.

Проанализированы основные достоинства и недостатки рассматриваемых средств измерения напряженности ЭП с точки зрения их возможной классификации.

Проведенный обзор научно-технической литературы и патентной документации за последние 20 лет показал ограниченное количество разработок в области средств измерения напряженности переменных ЭП с

электроиндукционными датчиками (ЭД). Что же касается используемых в современной электроэнергетике и серийно выпускаемых приборов для измерения напряженности переменных низкочастотных ЭП, то ввиду отсутствия описания физических эффектов, на которых они основаны, методов измерения и принципов их работы, с использованием имеющихся данных был проведен обзор их основных технических параметров, который показал, что основные из рассмотренных приборов применимы для измерения сравнительно небольших уровней напряженности (до 100 кВ/м) с большой погрешностью, порядка 10+20 %. Кроме того, в технической документации на приборы отсутствуют данные, оговаривающие условия измерения, такие как: пространственный диапазон измерения (минимальные расстояния до источника поля и проводящих поверхностей) и степень неоднородности поля.

На основании проведенного обзора литературы был сделан вывод, что для решения поставленных задач, связанных с измерением и контролем низкочастотных ЭП техногенной природы, перспективным в настоящее время является направление, связанное с разработкой методов и средств измерения напряженности ЭП с использованием двойных трехкоординатных электроиндукционных сферических датчиков (ТЭСД) напряженности ЭП в дифференциальном включении.

Необходимо общее рассмотрение поведения датчика в полях различных источников, формулирование общих закономерностей их взаимодействия и разработка средств измерения, реализующих выработанные с учетом этого взаимодействия рекомендации.

Вторая глава посвящена математическим исследованиям взаимодействия проводящей поверхности датчика сферической формы с ЭП различных источников. Рассмотрены источники поля, создающие наиболее неблагоприятные условия для работы датчика, и источники, приближающие работу датчика к работе в реальных полях. При этом были рассмотрены:

а) однородное ЭП свободного пространства, выступающее как эталонное поле и служащее для оценки предельной погрешности датчика от неоднородности поля;

б) поле точечного заряда, выступающее как источник неоднородного поля и позволяющее моделировать неоднородные ЭП через суперпозицию полей точечных зарядов и варьировать уровень неоднородности путем приближения или удаления датчика от источника поля;

в) поле бесконечно тонкой проводящей линии конечной длины, имитирующее поля ЛЭП;

г) поле электрического диполя, выступающее как источник сильно неоднородного поля и позволяющее моделировать сильно неоднородные ЭП через суперпозицию полей электрических диполей.

В результате этих исследований были получены аналитические выражения для нахождения нормальной составляющей напряженности ЭП на сферической поверхности датчика (уравнения 1,2). При выводе выражений использовались метод зеркального отображения в сфере и принцип суперпозиции полей.

Нормальные составляющие напряженности на поверхности проводящей сферы, находящейся во внешнем однородном поле и в поле точечного источника определяются известными выражениями:

Ег(0 ) = -ЗЕ0 ■соз в +

и

сф

и,

л

Ег(в,а) = — а

\-1

Еп+-

исф-и0

_{1-2а^0 + а2 //3)~ Выражения для нормальных составляющих напряженности на поверхности проводящей сферы, находящейся в полях бесконечно тонкой проводящей линии конечной длины и электрического диполя были получены автором и могут быть определены соответственно как:

Ег(в,а,с) = -Е0

2ас

агс:8 (с)

I

-а2 со52 у/

! у/ - 2а со5 цг • со?(0 -

с1цг +

Осф

0)

Е,(в,а,с) = Е0

1--

2ас

, с2 4

4

(1+—+С+02-2асо$в-\1+

(1+--С+02-2асозв\ 1—

2*, (2)

где Е0 — напряженность исходного ЭП, создаваемая источником поля в точке, совпадающей с центром сферы;

иСф- потенциал изолированной проводящей сферы;

110 - потенциал точки пространства, совпадающей с центром сферы;

Я - радиус сферы;

в - широтный угол сферической системы координат;

с1 - расстояние от центра сферы до источника поля;

а - относительное расстояние от центра датчика до источника поля, а = Л/У;

1 - длина линии (для случая бесконечно тонкой проводящей линии) и расстояние между точечными зарядами (для случая электрического диполя), с = Ш.

Выражения для нормальных составляющих напряженности ЭП на поверхности сферического датчика (1,2) будут являться сменными ядрами в математической модели датчиков напряженности ЭП при их исследованиях в полях различной неоднородности.

В третьей главе диссертационной работы описаны физические основы построения, конструктивная и математическая модель ТЭСД напряженности ЭП, используемых в дальнейшей работе.

Базовая конструкция ТЭСД представлена на рис.1,а. Датчик состоит из полой проводящей сферы радиуса Я, на поверхности которой изолированно от сферы и друг от друга находятся три пары диаметрально противоположных проводящих чувствительных элементов БгБг, 53-54 и Бг^ в общем случае в форме сферического слоя, с внешним $ и внутренним 62 угловыми размерами, являющимися его конструктивными параметрами. Каждая пара диаметрально противоположных

чувствительных элементов располагается по трем ортогональным осям X, У, Z декартовой системы координат, начало которой совпадает с центром сферы.

Для однозначного задания положения датчика в электрическом поле введено понятие «ось датчика». За «ось датчика» принимается ось, которая проходит через центр датчика так, что направляющие углы а, р и у между этой осью и

координатными осями X, Y и Z датчика равны: а = р = у = arceos — = 54.73561°.

Рис.1

В качестве исходного принимается такое положение датчика в пространстве ЭП, при котором ось датчика совпадает с направлением вектора напряженности ЭП (рис. 1,6).

Математическая модель ТЭСД, используемая в работе позволяет:

- с помощью широтного Д и долготного 8 углов и пространственного диапазона измерения задавать датчику любые пространственно-угловые положения, то есть производить ориентацию датчика в пространстве ЭП;

- производить смену описаний источников ЭП за счет сменного ядра, а, следовательно, менять неоднородные ЭП в зависимости от решаемой задачи;

- рассматривать трехкоординатный датчик не как три разрозненных датчика, расположенных на соответствующих координатных осях, а как единый трехкоординатный датчик, что облегчает его математическое моделирование в полях различной неоднородности;

- получать как составляющие вектора напряженности ЭП по координатным осям датчика, так и модуль вектора напряженности ЭП;

- определять погрешность датчика, вызванную неоднородностью ЭП;

- задавать конструктивные геометрические параметры ТЭСД и оптимизировать их с точки зрения минимума погрешности датчика от неоднородности поля.

Данная математическая модель была реализована программно в универсальной системе математических расчетов МаШСАБ 13.

Известно, что в отличие от однородного, в неоднородных полях наблюдается зависимость модуля вектора напряженности ЭП как от ориентации датчика в пространстве, так и от степени его неоднородности. При этом погрешность от

ориентации определяется выражением:

X=j(l+ox)7coia+(l+(Jy)2coi р+(1+о2)-со:?у-1, (3)

где ах, гту и <тг— составляющие погрешности, вызванные неоднородностью поля;

cosoc, cosfl и cos/ - направляющие косинусы, cos2 a + cos~ 0+ cos2 у = 7.

Автором было сделано предположение, что если найти такие пространственно-угловые положения датчика, в которых его погрешность Л принимает предельные значения, а затем в этих положениях оптимизировать размеры чувствительных элементов датчика с целью сведения погрешности к желаемому минимуму, то во всех других пространственных положениях погрешность датчика будет меньше.

Для определения этих пространственных положений ТЭСД с помощью теории математического анализа было проведено исследование функционала (3) на наличие экстремумов при фиксированных значениях погрешности, в ходе которого были получены следующие результаты:

1. Внутреннее экстремальное значение функционала (3) достигается при равенстве направляющих углов а = /3 = у « 54,736°;

2. Внешнее экстремальное значение функционала (3) достигается при равенстве одного из направляющих углов нулю, а двух других - 90 ;

3. Внешнее экстремальное значение функционала (3) достигается при равенстве одного из направляющих углов 90°, а двух других - 45 .

Первые два вывода, полученные в результате проведенного исследования, были установлены ранее профессором С.В.Бирюковым в ходе математического моделирования ТЭСД в полях различной неоднородности. На основании чего им были предложены и запатентованы два метода измерений напряженности ЭП -метод выравнивания трех составляющих и метод выделения максимальной составляющей.

Третий вывод оказался новым. На основании этого вывод а был предложен и сформулирован новый метод измерения напряженности низкочастотных ЭП, основанный на взаимодействии датчика с ЭП - метод выравнивания двух составляющих при третьей равной нулю (МВДС).

Суть метода сводится к ориентации датчика в пространстве исследуемого поля таким образом, чтобы вектор напряженности ЭП лежал в плоскости двух координатных осей датчика и был равноудален от них (Д=35.264°, 5=60°). Модуль вектора напряженности измеряемого ЭП определяют одним из трех возможных способов: 1) одну из двух найденных равных составляющих напряженности, взятую по модулю, умножают на поправочный коэффициент 2) путем

геометрического суммирования двух, не равных нулю составляющих вектора

напряженности ЭП по координатным осям датчика; 3) путем их алгебраического

jj

суммирования с последующим умножением на поправочный коэффициент к .

Все три способа практически равнозначны по точности, однако чувствительность устройств, реализующих второй и третий способ нахождения модуля вектора напряженности ЭП, будет выше.

Предложенный метод предполагает выбор конфигурации (сферический слой, сферический сегмент) и соответствующих оптимальных угловых размеров в\, в\ чувствительных элементов, который должен проводиться на этапе проектирования ТЭСД с точки зрения минимума погрешности от неоднородности ЭП о и максимально возможного при этом пространственного диапазона измерения а.

С учетом найденных пространственных положений ТЭСД, в которых его погрешность принимает предельные значения, предложено развитие метода трехкоординатных измерений (МТИ) напряженности ЭП, получившее название уточненный метод трехкоординатных измерений (УтМТИ). Уточнение МТИ сводится к выбору таких оптимальных размеров и конфигурации чувствительных элементов ТЭСД, которые позволили бы значительно уменьшить погрешность датчика от его ориентации при измерении в неоднородных полях.

Проведен анализ работы ТЭСД в рассмотренных ранее ЭП различной неоднородности: поле точечного источника, поле бесконечно тонкой проводящей линии конечной длины, поле электрического диполя, на основании которого с помощью УтМТИ произведен выбор оптимальных размеров в\ чувствительных элементов датчика, позволяющий проводить измерения напряженности ЭП с заданной погрешностью о^й при максимально возможном пространственном диапазоне измерений алшкс в любом из рассмотренных ЭП без специальной ориентации ТЭСД в пространстве (табл.1).

Таблица!

в,." Источник неоднородного ЭП

Точечный заряд Проводящая линия Электрический диполь

&МПКС а.иакс Омакс

1 61,909 0,465 0,6 0,36

2 61,034 0,55 0,71 0,42

3 60,346 0,6 0,77 0,47

4 59,761 0,64 0,82 0,5

5 59,255 0,67 0,85 0,52

6 58,812 0,7 0,88 0,54

7 58,418 0,72 0,91 0,56

8 58,063 0,74 0,93 0,58

9 57,743 0,76 0,95 0,59

10 57,455 0,77 0,96 0,6

Проведен сравнительный анализ методов измерения напряженности низкочастотных ЭП, основанных на взаимодействии ТЭСД с полем (табл.2), позволяющий заключить, что метод МВДС для ТЭСД, построенных по варианту 1 (чувствительный элемент в форме сферического сегмента) при выборе в качестве оптимальных, угловых размеров из области углов от 72° до 90°, и для ТЭСД, построенных по варианту 2 (чувствительный элемент в форме сферического слоя) при равных погрешностях от неоднородности поля обеспечит самый большой пространственный диапазон измерения, то есть позволит проводить измерения на более близких расстояниях от источника поля.

Таблица 2

Вариант 1 02=0° Вариант 2 6>,=45°

Метод МВС а,% 1 2 3 4 5 (Т,% 1 2 3 4 5

60,76 59,5 58,6 57,8 57,2 02° 33,07 33,9 34,65 35.3 35,85

&МОКС 0,69 0,78 0,83 0,87 0,9 0,67 0,72 0,76 0.78 0,8

Метод МВМС <т°/о 1 2 3 4 5 сг,% 1 2 3 4 5

60,14 58,77 57,72 56,83 56,05 0? 23,32 24,9 24,05 21,5 20,15

&макс 0,65 0,79 0,89 0,97 0,99 О макс 0,42 0,5 0,56 0,6 0,63

Метод УтМТИ <т% 1 2 3 4 5 а-,% I 2 3 4 5

60,761 59,513 58,578 57,829 57,210 01° 29,75 28,508 27,645 26.965 26,390

&макс 0,49 0,57 0,62 0,66 0,69 ^макс 0,35 0,42 0,46 0,49 0,52

Метод МВДС а,% 1 2 3 4 5 ст,% 1 2 3 4 5

9? 53,315 50,135 48,294 47,108 46,296 вг 18,515 14,435 11,993 10,26 8,784

С^макс 0,63 0,74 0,82 0,87 0,92 а.мкс 0,605 0,87 0,99 0,99 0,99

- 90 76,96 74,195 72,518

- 0,88 0,99 0,99 0,99

Четвертая глава посвящена разработке новых средств измерения напряженности низкочастотных ЭП с ТЭСД, реализующих метод выравнивания двух составляющих при третьей равной нулю. Рассмотрение средств измерений ведется на уровне структурных схем без конкретной привязки к принципиальным схемам, поскольку современная электроника дает широкие возможности в реализации отдельных блоков и узлов этих схем.

Реализация метода МВДС может быть осуществлена одним из трех возможных способов с помощью четырех, предложенных автором средств измерений.

В качестве наиболее подходящего выходного сигнала ТЭСД выбран электрический заряд, поскольку с ним связано меньшее количество источников погрешности: в отличие от силы тока он независим от частоты поля, а в отличие от напряжения - от емкостей соответствующих чувствительных элементов датчика относительно его корпуса. Поскольку непосредственно электрический заряд измерить нельзя, измеряется напряжение, пропорциональное заряду и получаемое путем интегрирования выходного тока ТЭСД. Интегратор тока представляет собой устройство с малым входным сопротивлением и его применение позволит обеспечить короткозамкнутый режим работы датчика, при котором он выступает единым эквипотенциальным телом. Кроме этого, включение датчика в режиме к.з. обеспечит наибольшую чувствительность.

На рис.2 и рис.3 представлены первый и второй варианты построения структурных схем средств измерения напряженности низкочастотных ЭП соответственно.

Уравнение преобразования

N = ЗЛ -к, ■ 1ре,Я'-11МР, +в,)' ¡т(О, - 0.) [1 * а(9,,0,.а)\ Е,(1)

Уравнение преобразования

Рис.2 Рис.3

В обоих вариантах для получения результата измерений датчик ориентируют в ЭП до равенства двух его составляющих при третьей составляющей равной нулю. Это наступает в момент попадания вектора напряженности ЭП в плоскость двух координатных осей датчика на равных расстояниях от них. Удерживая датчик в этом положении, в первом варианте измеряют геометрическую сумму двух равных составляющих вектора напряженности ЭП, а во втором варианте - одну из двух равных составляющих, по которым и определяют модуль вектора напряженности исходного ЭП.

Достоинством средства измерения напряженности ЭП, построенного по первому варианту, является высокая чувствительность, поскольку измеряется сам модуль вектора напряженности, что не требует введения поправочного коэффициента, однако оно в составе структурной схемы имеет нелинейные преобразователи (квадраторы и корнеизвлекатель), что приводит к увеличению погрешности обработки сигналов датчика.

Недостатком средства измерения, построенного по второму варианту, является низкая чувствительность, поскольку измеряется не сам модуль вектора

42

напряженности, а его составляющая в — раз меньшая.

Третий и четвертый варианты построения структурных схем средств измерения напряженности низкочастотных ЭП представлены на рис.4 и рис. 5 соответственно.

пИ

гШрп

-ЗП

&

гзП

Уравнение преобразования Рис.4

Уравнение преобразования

N - 6*[2-к, -^й" ■ 11п(е, + в,} -»,)■[/ + <т(е,,в,,а)\ Е,(1)

В этих вариантах построения для получения результата измерений датчик ориентируют в поле до момента равенства нулю одной из составляющих датчика. Это происходит тогда, когда вектор напряженности попадает в плоскость двух других координат датчика. Далее, вокруг оси, по которой составляющая вектора напряженности электрического поля равна нулю, начинают вращать датчик до получения максимального показания прибора, которое наступает в момент равенства двух составляющих датчика при третьей составляющей, равной нулю. Удерживая датчик в этом положении, измеряют алгебраическую сумму двух равных составляющих датчика, пропорциональную модулю вектора напряженности ЭП.

В рассмотренных средствах измерения напряженности ЭП, построенных по третьему и четвертому вариантам, происходит суммирование токов, пропорциональных двум составляющим напряженности по координатным осям датчика, поэтому их чувствительность будет в два раза выше чувствительности средства измерений по второму варианту.

Чувствительные элементы должны иметь одинаковую конфигурацию и угловые размеры, выбор которых производится с точки зрения минимума погрешности от неоднородности ЭП и максимально возможного при этом пространственного диапазона измерения.

На рис.6-8 приведены графики, по которым по заданной погрешности от неоднородности поля а можно выбирать конфигурацию (рис.6,7 - сферический сегмент, рис.8 - сферический слой), соответствующий ей оптимальный угол 6\ чувствительного элемента и максимальный пространственный диапазон измерения

ч 2 и з а * *з 5 а а Задании погрешность датчика от неоднородности ЭП ■)

от неоднородное™ ЭП

Рис.6

а г

У

1 е

I з

а I

10,"

Заданная погрешность датчика от неоднородности ЭП

О 01 I 11 3 Л 7 3} < О 5 >) « < Змпним погрешность цпгчик» 01 неоднородности Г>П

> I 15 1 « з 3.» * ) }3 » Ч 7

Заданна» лотрсиикхль датчика от неоднородности ЭП «I

й

I «"

1 "

I- 60

I»

£ 30

| 10

е о

ю и го 2!

Реальный утоп о

Рис.8

Средства измерений напряженности низкочастотных ЭП, построенные по предложенным вариантам, позволяют при правильном выборе конфигурации и угловых размеров чувствительных элементов добиться погрешности измерения

менее ± (1,5*2)% на расстояниях от источника поля и проводящих поверхностей, больших или равных (1,1*1,3)-/?. Кроме этого, упрощаются процесс отыскания вектора напряженности электрического поля и устройство обработки сигналов датчика, а также сужается диапазон входных сигналов устройства.

Поскольку точно сориентировать датчик в пространстве исследуемого ЭП для получения двух равных между собой составляющих при третьей равной нулю достаточно сложно, для каждого возможного способа реализации предложенного метода была проведена оценка погрешности, возникающей при неточном ориентирования датчика напряженности ЭП в пространстве.

На рис.9а,б,в для случаев алгебраического суммирования, измерения одной из двух равных составляющих и геометрического суммирования

составляющих вектора напряженности соответственно, представлены графики зависимостей погрешности от

неоднородности ЭП <т от неточности установки угла ар в 45° между вектором напряженности ЭП и координатными осями датчика, в плоскости которых он лежит.

........V-:.............;...... .. .'.. ........... ■■

....... ............... --.

...........г "

„ "0-1 ' •:............. >4— .......... N. \ \ \ \ V

15 20 25 30 35 40 45 ГеалышА уюнир" <Г>

10 15 го 25 30 Реальный угол »)

Из графиков видно, что для всех трех способов определения модуля вектора напряженности ЭП минимум погрешности датчика от неоднородности поля наблюдается в точке, соответствующей углу в 45° между вектором напряженности ЭП и координатными осями, в плоскости которых он лежит, что подтверждает правильность предложенного автором метода измерения напряженности.

Кроме того, из полученных графических зависимостей можно сделать вывод, что наиболее предпочтительными способами определения модуля вектора напряженности ЭП с точки зрения неточности ориентации ТЭСД в пространстве, согласно разработанному методу выравнивания двух составляющих при третьей равной нулю, являются способы геометрического и алгебраического суммирования двух равных составляющих.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Рассмотрены вопросы взаимодействия проводящей поверхности сферического датчика с ЭП различных источников и получены аналитические выражения для нормальной составляющей напряженности ЭП на поверхности датчика, находящегося в полях различной неоднородности.

2. Математически обоснованы и экспериментально подтверждены физически выделяемые угловые положения ТЭСД в пространстве, в которых погрешность измерения напряженности ЭП от неоднородности поля принимает предельные значения.

3. Разработан новый метод, позволяющий проводить измерения напряженности как вблизи, так и вдали от источников ЭП различной неоднородности с заданной погрешностью в максимально возможном пространственном диапазоне измерения -метод выравнивания двух составляющих при третьей равной нулю

4. Уточнен трехкоординатный метод измерений напряженности ЭП, позволяющий проводить измерения с заданной погрешностью без определенной ориентации датчика в пространстве.

5. Проведен сравнительный анализ работы ТЭСД напряженности в полях различной неоднородности.

6. Разработаны структурные схемы средств измерений по предложенному методу измерения напряженности низкочастотных ЭП.

Результатом диссертационной работы явилось развитие научных знаний, позволивших уточнить уже существующий и разработать новый метод и средства измерения напряженности низкочастотных ЭП техногенной природы с использованием трехкоординатных электроиндукционных сферических датчиков, позволяющих проводить более точные измерения как вблизи электротехнического оборудования, так и в свободном пространстве ЛЭП и электрических подстанций с целью контроля технического состояния изоляции и электрооборудования и снижения негативного воздействия низкочастотных ЭП на обслуживающий персонал, население и природную среду.

Кроме того, разработанные высокоточные средства измерения могут быть использованы в качестве рабочих эталонов при поверке серийно выпускаемых приборов для измерения напряженности низкочастотных ЭП различной неоднородности.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для представления основных научных результатов кандидатской диссертации:

1. Тимонина, Е. В. Сравнительный анализ работы трехкоординатного электроиндукционного сферического датчика напряженности в электрических полях различной неоднородности / Е. В. Тимонина // Омский научный вестник, № 1 (64). -Омск: ОмГТУ, 2008. - С.114-121.

2. Бирюков, С. В. Усовершенствование метода трехкоординатных измерений напряженности электрического поля путем выравнивания двух составляющих при третьей, равной нулю / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина // Омский научный вестник, № 3(70). - Омск : ОмГТУ, 2008. - С.123-127.

3. Бирюков, С. В. Теоретическое обоснование методов измерения при контроле напряженности электрических полей техногенной природы / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина, Р. Р. Файзуллин // Омский научный вестник, № 1(77). - Омск : ОмГТУ, 2009. -С.171-176.

4. Бирюков, С. В. Метод измерения напряженности электрического поля путем выравнивания двух составляющих при третьей равной нулю / С.В.Бирюков, Е. В. Тимонина // Омский научный вестник, № 1(77). - Омск : ОмГТУ, 2009. -С.176-181.

Статьи в других изданиях:

5. Бирюков, С. В. Расчет напряженности электрического поля на поверхности сферического датчика, находящегося в поле диполя / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - Омск : ОмГТУ, 2007. - № 3 (60). - С. 91-93.

6. Тимонина, Е. В. Трехкоординатный электроиндукционный сферический датчик напряженности электрического поля в поле электрического диполя / Е. В. Тимонина, С. В. Бирюков // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - Омск: ОмГТУ, 2007. - № 3 (60). - С. 101-103.

7. Бирюков, С. В. Расчет электрического поля на поверхности сферического датчика напряженности, находящегося в поле проводящей линии / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина // Матер. VI Междунар. науч.-техн. конф. «Динамика систем, механизмов и машин», посвященной 65-летию ОмГТУ. - Омск : ОмГТУ, 2007. -Кн. 1.-С. 258-262.

8. Бирюков, С. В. Измерение напряженности неоднородных электрических полей трехкоординатными датчиками / С. В. Бирюков, В. М. Глёх, Д. В. Подворный, Е. В. Тимонина // Военная техника, вооружение и современные технологии при создании продукции военного назначения (ВТТВ-2007): Материалы IV Международного технологического конгресса. - Омск : ОмГТУ, 2007. - С. 51-56.

9. Тимонина, Е. В. Математическая модель для исследования электроиндукционных датчиков напряженности в полях различной неоднородности / Е. В. Тимонина, С. В. Бирюков // Измерение, контроль, информатизация (ИКИ-2008): Материалы 9-й междун. науч.-техн. конф. - Барнаул : АлтТГУ, 2008.-С. 68-72.

10. Бирюков, С. В. Анализ пространственного расположения датчика напряженности для минимизации погрешности / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина // Россия молодая: передовые технологии в промышленность: Материалы Всероссийской науч.-техн. конф. - Омск : ОмГТУ, 2008. - С. 186-191.

Патенты на полезные модели и свидетельства об отраслевой регистрации разработок:

11. Бирюков, С. В. Измеритель напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина, С. 3. Ихлазов // Свидетельство об отраслевой регистрации, №50200801490, Министерство образования и науки РФ, ОФАП, М.,

12. Бирюков, С. В. Модель трехкоординатного электроиндукционного сферического датчика напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина // Свидетельство об отраслевой регистрации, №50200802070, Министерство образования и науки РФ, ОФАП, М., 2008.

13. Патент на ПМ № 80242 РФ МПК й 01 Я 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина -№ 2008137754/22; Заявлено 22.09.2008 ; Опубл. 27.01.2009, Бюл № 3.

14. Патент на ПМ № 80243 РФ МПК в 01 Я 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина -№ 2008137754/22 ; Заявлено 22.09.2008 ; Опубл. 27.01.2009, Бюл № 3.

15. Патент на ПМ № 81579 РФ МПК в 01 И 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина -№ 2008138086/22 ; Заявлено 24.09.2008 ; Опубл. 20.03.2009, Бюл № 8.

16. Решение о выдаче патента на ПМ № 2009126066/22 МПК б 01 Л 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина -№ 2009126066/22 (036300); Заявлено 07.07.2009.

2008.

Печатается в авторской редакции

Подписано к печати 31.08.2009 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать оперативная. Усл.- печ. л. 1,25 Тираж 100 экз.

Отпечатано на дупликаторе в полиграфической лаборатории кафедры «Дизайн, реклама и технология полиграфического производства» Омского государственного технического университета 644050, г.Омск, пр.Мира, 11 тел.: 65-33-14

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ФИЗИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

1.1 Состояние проблемы измерения и контроля напряженности электрических полей.

1.2 Обзор физических эффектов, принципиально возможных для построения датчиков напряженности ЭП.

1.3 Обзор существующих методов измерения напряженности переменных электрических полей.

1.4 Обзор существующих средств измерения напряженности переменных электрических полей.

1.5 Выводы по главе.

1.6 Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ СФЕРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПОЛЯМИ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ.

2.1 Вводные замечания.

2.2 Обоснование выбора формы проводящего корпуса датчика.

2.3 Проводящий сферический датчик в однородном электрическом поле.

2.4 Проводящий сферический датчик в электрическом поле точечного заряда.

2.5 Проводящий сферический датчик в электрическом поле бесконечно тонкой проводящей линии конечной длины.

2.6 Проводящий сферический датчик в поле электрического диполя.

2.7 Выводы по главе.

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА, ОБОСНОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННЫМИ СФЕРИЧЕСКИМИ ДАТЧИКАМИ.

3.1 Общие замечания.

3.2 Физические основы построения электроиндукционных сферических датчиков напряженности ЭП.

3.3 Конструктивная и математическая модель ТЭСД.

3.4 Определение пространственных положений датчика, соответствующих предельным значениям погрешности.

3.5 Метод измерения напряженности ЭП путем выравниваниях двух составляющих при третьей равной нулю.

3.6 Доказательство применимости метода MBДС.

3.7 Развитие метода трехкоординатных измерений напряженности ЭП

3.8 Сравнительный анализ работы ТЭСД напряженности в электрических полях различной неоднородности.

3.9 Сравнительный анализ методов измерения напряженности ЭП, основанных на взаимодействии ТЭСД с полем.

ЗЛО Выводы по главе.

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ

НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННЫМИ СФЕРИЧЕСКИМИ ДАТЧИКАМИ.

4.1 Вводные замечания к разработке средств измерения* напряженности ЭП.

4.2 Общие вопросы построения средств измерения напряженности ЭП.

4.3 Средства измерения напряженности низкочастотных ЭП.

4.3.1 Средства измерений напряженности ЭП, реализующие метод МВДС.

4.3.2 Расчет погрешности от неточности ориентации датчика в пространстве исследуемого электрического поля.

4.4 Выводы по главе.

Актуальность проблемы. В современных условиях научно-технического прогресса с развитием энергетики и энергопотребления возникают повышенные требования к качеству и экологической безопасности электрических сетей. Существенное внимание уделяется развитию соответствующих систем изоляции средств передачи электроэнергии и различным факторам влияния линий электропередач (ЛЭП), электрических подстанций и электроустановок на человека и окружающую среду, что связано как с вхождением высоковольтных ЛЭП в инфраструктуру городов при их развитии, так и с проектированием ЛЭП сверхвысокого напряжения для-передачи энергии на дальние расстояния.

В настоящее время проблема негативного влияния низкочастотных электрических полей (ЭП) занимает одно из ведущих мест по своей экологической и производственной значимости среди других факторов окружающей среды. ЛЭП, электрические подстанции, электроустановки высокого напряжения являются источниками биологически активного ЭП, способного вызвать ухудшение состояния здоровья персонала, развитие ряда патологий и серьезных функциональных расстройств. Эффект от непосредственного воздействия, проявляющегося при пребывании в ЭП, усиливается с увеличением напряженности поля и временем нахождения в-нем. Значимой проблемой является накапливание биологического эффекта в условиях многолетнего производственного влияния ЭП. При систематическом воздействии на организм человека уровнями,- превышающими предельно допустимые, ЭП может вызвать изменения функционального состояния нервной; сердечно-сосудистой и эндокринной систем, а также некоторых обменных процессов и иммунологической реактивности организма. Это выражается в повышенной утомляемости, снижении качества выполнения рабочих операций, болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса. Для персонала нормы на предельно допустимые уровни напряженности

ЭП промышленной частоты 50 Гц, относящейся к области низких частот, установлены ГОСТ 12.1.002-84. Предельно допустимые уровни ЭП промышленной частоты для населения регламентируются Санитарными нормами СН № 2971-84.

Сложнейшие процессы, происходящие в человеческом организме под воздействием низкочастотных ЭП, будут изучаться еще многие десятилетия во всем мире, но тем, кто подвергается их воздействию защита от всего спектра поражающих факторов, обусловленных ЭП, нужна сегодня.

Таким образом, рост объемов вырабатываемой, передаваемой и потребляемой электроэнергии вследствие роста энерговооруженности промышленности определяет ситуацию в области охраны труда на объектах электроэнергетики и тенденции ее развития. Это приводит к необходимости повышения технического регулирования и ужесточения требований; к средствам измерения- и контроля уровней напряженности ЭП вблизи ЛЭП, электрических подстанций и электроустановок с тем, чтобы исключить опасность! для жизни, и здоровья- персонала и минимизировать негативное воздействие на природную среду.

Одновременно с проблемой биологического воздействия низкочастотных ЭП возникает ряд проблем, связанных с необходимостью развития систем изоляции средств передачи электроэнергии. Оценка технического состояния изоляции определяется с учетом распределения вектора напряженности ЭП в объёмах или вблизи поверхности изоляторов электротехнического и другого оборудования: Контроль технического состояния изоляции и электрооборудования представляет собой важную задачу, решение которой позволит обнаружить зарождающие дефекты на ранней стадии и, тем самым, предотвратить • аварийные ситуации, способные привести к. серьезным негативным последствиям.

Для организации такого контроля требуются» точные средства измерения, отражающие реальную картину распределения напряженности ЭП и позволяющие оценить запас электрической прочности изоляции на текущий момент и спрогнозировать его состояние на ближайшее будущее.

Труды отечественных и зарубежных ученых В.И.Гордиенко, Н.И.Калашникова, К.Д.Надточего, Е.Ф.Зимина, Э.С.Кочанова, П.М.Конина, В.Н.Зажирко, Э.П.Каскевича, M.Misakian, T.Horvath, Е.Рор, D.E.Friedman, В.М.Юркевича, H.B6cker, L.Wilhelmy, K.Feser, С.В.Бирюкова внесли значительный вклад в развитие теории и практики построения средств измерения напряженности ЭП. Однако, несмотря на сделанные наработки, существующие методы и средства измерения напряженности низкочастотных ЭП не всегда пригодны для проведения измерений ЭП техногенной природы с необходимой точностью.

Современные серийно выпускаемые средства измерения напряженности низкочастотных ЭП из-за внесения в ЭП значительных искажений также не обеспечивают требуемую точность измерений. Кроме того, они не учитывают такие условия измерения и контроля как пространственный диапазон измерения^ (минимальные расстояния до источника поля и 'проводящих поверхностей) и степень неоднородности поля.

Таким образом, проблема точного и достоверного t измерения напряженности низкочастотных ЭП техногенного происхождения как вблизи электротехнического оборудования, так и в свободном пространстве ЛЭП и электрических подстанций является весьма актуальной, поскольку ее решение позволит проводить более жесткий контроль за предельно допустимыми уровнями напряженности с целью своевременного обнаружения и устранения дефектов изоляции и снижения неблагоприятного влияния низкочастотных ЭП на обслуживающий персонал ЛЭП, население и окружающую среду.

Цель диссертационной* работы заключается в уточнении уже существующего и разработке нового метода и средств измерения напряженности низкочастотных ЭП техногенной природы, позволяющих проводить измерения в ЭП различной неоднородности и обеспечивающих уменьшение погрешности и расширение пространственного диапазона измерений.

Задачи исследований. Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

1. В области теоретического анализа рассмотреть вопросы взаимодействия проводящей поверхности сферического датчика с электрическими полями различных источников (однородное поле, поле точечного источника, поле бесконечно тонкой проводящей линии конечной длины, поле электрического диполя) и получить аналитические выражения для нормальной составляющей напряженности ЭП на поверхности проводящей сферы.

2. С помощью математического аппарата теоретически обосновать физически выделяемые угловые положения трехкоординатных электроиндукционных сферических датчиков (ТЭСД) напряженности ЭП в пространстве, в которых погрешность измерения напряженности ЭП от неоднородности поля принимает предельные значения.

3. С учетом определенных пространственных положений ТЭСД провести математическое моделирование датчиков напряженности в ЭП различной неоднородности, по результатам которого разработать новый трехкоординатный метод измерения напряженности ЭП, позволяющий проводить измерения как вблизи, так и вдали от источников поля с заданной погрешностью в максимально возможном пространственном диапазоне измерения.

4. С учетом полученных результатов уточнить трехкоординатный метод измерений напряженности ЭП, позволяющий проводить измерения без определенной ориентации датчика в пространстве. На основании уточненного метода провести сравнительный анализ работы ТЭСД напряженности в полях различной неоднородности.

5. Разработать ^структурные схемы средств измерений напряженности ЭП с учетом нового метода измерений.

Методы исследований. В настоящей диссертационной работе были проведены теоретические исследования и соответствующее им математическое и численное моделирование. При выводе основополагающих выражений и зависимостей были использованы теория поля и методы теоретических основ электротехники, теория математического анализа (интегральное, дифференциальное, вариационное исчисление) и прикладной математики. Математическое моделирование было реализовано программно в универсальной системе математических расчетов MathCAD 13.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Получены аналитические выражения для нормальной составляющей напряженности ЭП на поверхности проводящего сферического датчика, находящегося в полях бесконечно тонкой проводящей линии конечной длины и электрического диполя, являющиеся частью математических моделей многокоординатных датчиков при нахождении электрического заряда на поверхности их чувствительных элементов.

2. С помощью теории математического анализа обоснованы физически выделяемые угловые положения ТЭСД в пространстве, в которых погрешность измерения напряженности^ ЭП от неоднородности поля- принимает предельные значения.

3. Создан новый метод измерения напряженности низкочастотных ЭП — метод выравнивания двух составляющих при третьей равной нулю, позволяющий- расширить пространственный диапазон измерения и свести к желаемому минимуму погрешности измерения, вызванные ориентацией ТЭСД в пространстве и неоднородностью ЭП.

4. Уточнен трехкоординатный метод измерения напряженности ЭП, позволяющий проводить измерения, с заданной погрешностью в полях различной- неоднородности за счет выбора оптимальных размеров и конфигурации чувствительных элементов датчика без определенной ориентации ТЭСД в .пространстве.

Достоверность полученных результатов, определяется корректным использованием соответствующего математического аппарата при выводе основополагающих формул и анализе полученных выражений; предварительной оценкой допускаемых приближений и их научным обоснованием; теоретическими расчетами, согласованными с результатами исследований других авторов и проверенными математическим моделированием; соответствием основных результатов и выводов общефизическим представлениям о характере процессов, протекающих при измерении и контроле напряженности низкочастотных ЭП техногенной природы.

Практическая ценность работы состоит в возможности применения полученных технических решений и внедрения нового метода и средств измерения напряженности низкочастотных ЭП в различные отрасли энергетической промышленности с целью проведения более точных измерений для контроля за предельно допустимыми уровнями напряженности во избежание внезапных пробоев изоляции, для поддержания необходимой г. степени надежности работы электрооборудования, для исключения опасности для жизни и здоровья персонала и минимизации негативных воздействий низкочастотных ЭП техногенной'природы на окружающую среду/Кроме того, результаты работы являются основой для разработки высокоточных средств измерения напряженности низкочастотных ЭП, позволяющих использовать их в качестве эталонов при поверке серийно выпускаемых приборов.

Основные-научные положения, выносимые назащиту:

1. Аналитические выражения для нормальной составляющей напряженности ЭП на поверхности проводящей сферы, находящейся в поле бесконечно тонкой проводящей линии конечной длины и в поле электрического диполя, устанавливающие зависимости нормальной составляющей напряженности на поверхности датчика от его радиуса и расстояния от центра датчика до проводящих поверхностей.

2. Математические модели электроиндукционных сферических датчиков напряженности ЭП и методика проведения математического моделирования.

3. Пространственно-угловые положения датчика, соответствующие предельным значениям погрешности от неоднородности ЭП.

4. Метод измерения напряженности низкочастотных ЭП, осно^анны^ на взаимодействии ТЭСД с ЭП — метод выравнивания двух составляЕ«^>гцих ПрИ третьей равной нулю.

5. Уточненный трехкоординатный метод измерения напряженно с;ти ЭП

6. Средства измерения напряженности низкочастотных ЭП, реализующие разработанный метод измерений.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты диссертационной работы отражались в научных докладах, которые обсуждались на IV Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и современные технологии при создании Продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2007), VI Межд^унарОДН0д научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов машин» посвященной 65-летию ОмГТУ (Омск, 2007), 9 Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, информатизация» (Барнаул, 2008), на Всероссийской- научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии — в промышленность» (Омск, 2008).

Публикации. Результаты диссертационных исследований опубликованы в 15 работах: в 4-х статьях в центральных периодических журналах рекомендованных ВАК, в 3-х описаниях к патентам на полезную М:одель, в 2-х свидетельствах об отраслевой регистрации разработок в Отраслевом фонде алгоритмов и программ, в 4-х статьях в сборниках трудов международных и всероссийских научно-технических конференций, в 2-х статьях в научно-технических сборниках. Кроме того, получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель.

Структура и объём^ диссертационной работы. Диссертация: состоит из введения, четырех глав; заключения, списка использованных источников из 159 наименований. Основной текст работы изложен на 130 листах мацншописного текста, содержит 15 таблиц, 45 рисунков. Общий объем работы составляет 194 страницы машинописного текста.

Основные результаты исследований, выполненных в настоящей работе, могут быть сформулированы следующим образом:

1. В области теоретического анализа рассмотрены вопросы взаимодействия проводящей поверхности сферического датчика с ЭП различных источников (однородное поле, поле точечного источника, поле бесконечно'тонкой проводящей линии конечной длины, поле электрического диполя) и выявлены в литературе и получены аналитические выражения для нормальной составляющей напряженности ЭП на поверхности датчика, находящегося в полях различной неоднородности.

2. С помощью математического аппарата теоретически обосновс= физически выделяемые угловые положения ТЭСД напряженности ЭГ~ пространстве, в которых погрешность измерения напряженности ЭП неоднородности поля принимает предельные значения.

3. С учетом выявленных пространственных положений ТЭСД проведг математическое моделирование датчиков напряженности в ЭП различу неоднородности, по результатам которого разработан новый трехкоординат^ метод измерения напряженности ЭП, получивший название «м^ выравнивания двух составляющих при третьей равной нулю», позволяют проводить измерения как вблизи, так и вдали от источников поля с задана погрешностью в максимально возможном пространственном диапа^ измерения.

4. С учетом полученных результатов уточнен трехкоординатный м^ измерений напряженности ЭП, позволяющий проводить измерения определенной ориентации датчика в пространстве с требуемой погрешносх-измерения. На основании уточненного метода проведен сравнительный ане работы ТЭСД напряженности; в полях различной неоднородности. .

5. Проведен сравнительный анализ нового метода измерен напряженности ЭП, уточненного метода и уже существующих, основанные взаимодействии ТЭСД с полем.

6. По предложенному методу измерения напряженности ЭП разработ^ структурные схемы средств измерений.

Все вышеперечисленное говорит об актуальности? и высоком потенпс^: разработок, представленных в диссертации, которые могут быть пол^г= специалистам; в области промышленной экологии, охраны тр^— электроэнергетики и в других областях. ны Ж в от тои $ЫЙ

ЗСЦИИ

•<оне ход €>ез

-Зтиз. на еды

-^ле

Зны да,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом диссертационной работы явилось развитие научных знаний, позволяющих уточнить уже существующие и разработать новые метод и средства измерения напряженности низкочастотных ЭП техногенной природы с использованием трехкоординатных электроиндукционных сферических датчиков, позволяющих проводить измерения напряженности в ЭП различной неоднородности с погрешностью, не превышающей 1-^2 % как вблизи источника поля, на расстояниях (1.3-ь1.6)-Я от него (R- радиус корпуса датчика), так и в свободном пространстве.

Столь точные измерения необходимы для контроля за предельно допустимыми уровнями напряженности вблизи ЛЭП, электрических подстанций и электроустановок с тем, чтобы исключить опасность для жизни и здоровья персонала и минимизировать негативное воздействие ЭП на природную среду, для контроля технического состояния изоляции и электрооборудования с целью нахождения зарождающихся дефектов, на ранней ' стадии и предотвращения аварийных ситуаций, способных привести к серьезным негативным последствиям. Кроме того, разработанные метод и средства измерения могут быть использованы в качестве эталонных при поверке уже существующих серийно выпускаемых приборов для измерения низкочастотных ЭП различной неоднородности.

1. Сидоров, А. И. Современное состояние проблемы воздействия на человека электромагнитных полей промышленной частоты / А. И. Сидоров, И. С. Окраинская, М. В. Гареев, А. Б. Тряпицын // «Новое в Российской электроэнергетике», № 4, 2001г.

2. Белкин, А. Д. Влияние техногенных электромагнитных полей на окружающую среду : учеб. пособие / А. Д. Белкин, В. Е. Леонов Новосибирск : НГАВТ, 2000. - 95с.

3. Миролюбов, Н. Н. Методы расчёта электростатических полей / Н. Н. Миролюбов, М. В. Костенко, М. Л. Левинштейн и др. М. : Высшая школа, 1963.-415с.

4. Нейман, Л. Р. Теоретические основы электротехники / Л. Р. Нейман, К. С. Демирчян. Л.: Энергоатомиздат, 1981. - Т 2 - 415с.

5. Поливанов, К. М. Теоретические основы электротехники: В 3-х т. / К. М. Поливанов. М. : Энергия, 1975. - Т 3. - 207с.

6. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле : Учебник / Л. А. Бессонов. — М. : Гардарики, 2001. -317с.

7. Тамм, И. Е. Основы теории электричества / И. Е. Тамм. М. :■ Наука, 1976.-616с.

8. Говорков, В. А. Электрические и магнитные поля / В. А. Говорков. М.: Энергия, 1968.-488с.

9. Антонов, В. Г. Средства измерения магнитных параметров материалов / В. Г. Антонов, Л. М. Петров, А. П. Щелкин. Л. : Энергоатомиздат, 1986. — 216с.

10. ГОСТ 12.1.002-84. Система безопасности труда. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах. — М. : Изд-во стандартов, 1984.

11. Санитарные нормы и правила защиты населения, от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты : СН 2971—84. — М. : Минздрав СССР, 1984.

12. Ложников, В. Я. Ог классификации измерительных преобразователей, основанных на физических эффектах / В. Я. Ложников. // Измерительные преобразователи : Межвузовский сборник научных трудов. Омск : ОмПИ, 1975. — С.146-161.

13. Дьяков, Е. П. Измерительные преобразователи напряженности электрического поля промышленной частоты (Обзор) / Е. П. Дьяков, В. Я.

14. Ложников, Н. Ф. Рожков. // Измерительные преобразователи : Межвузовский сборник научных трудов. Омск : ОмПИ, 1975. - С. 162-166.

15. Ложников, В. Я. Резистивные и емкостные измерительные преобразователи : Учебное пособие / В. Я. Ложников. — Новосибирск : НовИСИ, 1977. 80с.

16. А. с. 1355950 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Устройство для измерения напряженности электростатического поля / В. Н. Матков, П. Ю. Снегирев № 4044698/24-09 ; заявл. 28.03.86 ; опубл. 30.11.87, Бюл. № 44.

17. А. с. 1257569 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Датчик напряженности электрического поля / В. М. Юркевич и др.- № 3832576/24-21 ; заявл. 29.12.84 ; опубл. 15.09.86, Бюл. № 34.

18. А. с. 1262423 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Измеритель напряженности электростатического поля / Л. Я. Ильницкий, В. П. Шишкин и др. № 3810043/24-21 ; заявл. 10.11.81 ; опубл. 07.10.86, Бюл. № 37.

19. Свидетельство на ПМ № 44832 RU, МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического и магнитного поля промышленной частоты / А. В. Струмеляк, В. Г. Курбацкий. № 2004131277/22 ; заявл. 25.10.2004 ; опубл. 27.03.2005.

20. Сотсков, Б. С. Развитие новых принципов и средств измерения физических величин для автоматизации производства / Б. С. Сотсков. // Уникальные приборы. 1973. - № 14'. - С.3-22

21. А. с. 1149189 СССР, МКИ G 01 R 29/08. Датчик для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, В- Я. Ложников, М. Д. Столяров. -№ 3561237/24-09 ; заявл. 10.03.83 ; опубл. 07.04.85, Бюл. № 13.

22. Бирюков, С. В. Датчик для-измерения составляющих напряженности электрического поля / С. В: Бирюков. Омск : ОмГТУ, 1995*. - 20 с. - Деп. в ВИНИТИ 09.02.95, № 376-В95.

23. Свидетельство на ПМ № 29151 РФ МПК7 G 01 R 29/12. Устройство для измерения напряженности электрического поля по трем ортогональным направлениям / С. В. Бирюков. № 2002126463/20 ; заявл. 07Л0.02 ;. опубл. 27.04.03, Бюл № 12.

24. Свидетельство на ПМ № 29150 РФ МПК7 G 01 R 29/12. Устройство для измерения напряженности электрического поля по трем ортогональнымнаправлениям / С. В. Бирюков. № 2002126462/20 ; заявл. 07.10.02 ; опубл. 27.04.03, Бюл № 12.

25. Свидетельство на ПМ № 29149 РФ МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков. -№ 2002124985/20 ; заявл. 23.09.02 ; опубл. 27.04.03, Бюл № 12.

26. Свидетельство на ПМ № 26136 РФ МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков. № 2002111711/20 ; заявл. 29.04.02 ; опубл. 10.11.02, Бюл № 31.

27. Свидетельство на ПМ № 26135 РФ МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков. № 2002111709/20 ; заявл. 29.04.02 ; опубл. 10.11.02, Бюл № 31.

28. Свидетельство на ПМ № 25094 РФ МПК7 G 01 R 29/12. Устройство для измерения напряженности электрического поля по трем ортогональным направлениям / С. В. Бирюков. № 2002105791/20; заявл. 04.03.02 ; опубл. 10.09.02, Бюл. №25

29. Свидетельство на ПМ № 24567 РФ МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков. № 2002101058/20 ; заявл. 11.01.02 ; опубл. 10.08.02, Бюл №22.

30. Свидетельство на ПМ № 23995 РФ МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков. № 2001132833/20 ; заявл. 06.12.01 ; опубл. 20.07.02, Бюл № 20.

31. Свидетельство на ПМ № 21309 РФ МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности вращающегося электрического поля / С. В. Бирюков. -№ 2001118769/20 ; заявл. 05.07.01 ; опубл. 10.01.02, Бюл № 1.

32. Свидетельство на ПМ № 21308 РФ МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения параметров электрического поля / С. В. Бирюков. № 2001118768/20 ; заявл. 05.07.01 ; опубл. 10.01.02, Бюл № 1.

33. Свидетельство на ПМ № 20588 РФ'МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, А. С. Шиликов. -№ 2001115294/20 ; заявл. 30.05.01 ; опубл. 10.11.01, Бюл № 31.

34. Свидетельство на ПМ № 19419 РФ МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. Bs Бирюков, А. С. Шиликов. № 2001104968/20 ; заявл. 2Г.02.01 ; опубл. 27.08.01, Бюл № 24.

35. Свидетельство на ПМ № 17225 РФ МПК7 G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков. № 2000122565/20 ; заявл. 31.08.00 ; опубл. 20.03.01, Бюл № 8.

36. Бирюков, С. В. Теория и практика построения электроиндукционных датчиков потенциала и напряженности электрического поля / С. В. Бирюков // Омский научный вестник, вып. 11.- Омск : ОмГТУ, 2000. С.89-93.

37. А. с. 771569 СССР, МКИ G 01 R 29/08. Датчик составляющих вектора напряженности переменного электрического поля / К. Д. Надточий, Н. И. Калашников, В. И. Гордиенко. — № 2693629/18-21 ; заявл. 06.12.78 ; опубл. 15.10.80, Бюл. №38.

38. А. с. 783717 СССР, МКИ G 01 R 29/08. Датчик градиента переменного электрического поля / К. Д. Надточий, Н. И. Калашников. — № 2654039/18-09 ; заявл. 18.07.78 ; опубл. 30.11.80, Бюл. № 44.

39. А. с. 996956 СССР, МКИ G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности переменного электрического поля / А. В. Плошинский, Ю. С. Грачев, И. В. Хахамов. № 3284661/18-21 ; заявл. 27.04.81 ; опубл. 15.02.83, Бюл. № 6.

40. А. с. 808987 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Датчик составляющих вектора напряженности переменного электрического поля / В. И. Акулин и др. № 2582508/18-09 ; заявл. 21.02.78 ; опубл. 28.02.81, Бюл. № 8.

41. Гордиенко, В'. И. Индуктивные приемники электрического поля и их применение в электроизмерительной- технике / В. И. Гордиенко, Н. И. Калашников, К. Д. Надточий. // Преобразовательная техника и электроэнергентика. Киев : Наукова думка, 1972. - С.53-63.

42. Зимин, Е. Ф. Измерение параметров электрических и магнитных полей в проводящих средах / Е. Ф: Зимин, Э. С. Кочанов. М. : Энергоатомиздат, 1985. -256с.

43. Электрореологический эффект / Под ред. А. В. Лыкова. — М. : Наука, 1972.- 178с.

44. Характеристики электрореологического отклика эмульсий = Characteristics of electrorheological responses in an emulsion system / Pan X-D., McKinley G. H. // J. Colloid and Interface Sci. 1997. - 195, 1. - P. 101-113.

45. Пироэлектрические преобразователи / В. К. Новик, Н. Д. Гаврилова, Н. Б. Фельдман. -М. : Сов.радио, 1979. 176с.

46. А. с. 1045170 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Датчик напряжённости электрического поля / Н. Н. Зацепин, В. В. Кожаринов, Н. Е. Домород № 3434686/18-21 ; заявл. 05.05.82 ; опубл. 30.09.83, Бюл. № 36.

47. Фотоэлектролюминесцентный измерительный преобразователь напряженности электрического поля = Photoelectroluminescent electric field intensity sensor / Pustelny Tadeusz // MST News Pol. 1996. - 3. - P. 14-16.

48. Газоразрядный измеритель электрического поля / Д. Е. Фридман, Ф. Л. Курзон и др. // Приборы для научных исследований. 1982. — № 8. С. 167-172.

49. Electric field meter based on the breakdown of gases / D. E. Friedman, F. L. Curzon, M. Feeley, Jeff F. Young, G. Auchinleck // Rev. Sci. Instrument, 1982, 53, № 8, P. 1273-1277.

50. Ложников, В. Я. Измерительные преобразователи с оптическими выходными сигалами (параметрами) : Учебное пособие / В. Я. Ложников. — ОмПИ, 1979.-72с."

51. А. с. 1404956 СССР, МКИ G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряжённости переменных электрических полей / В. П. Аванесян, А. И. Бусыгин и др. -№ 4087191/24-21 ; заявл. 04.08.86 ; опубл. 25.06.88, Бюл. № 23.

52. Пат. 2032181 Российская Федерация, МКИ G 01 R 13/40. Волоконно-оптический измеритель напряжённости электрического поля и напряжения / В. В. Киселёв, В. В. Сыромятников, А. В. Ярошенко. № 4937159/21 ; заявл. 05.02.91 ; опубл. 27.03.95, Бюл. № 9.

53. А. с. 1492324 СССР, МКИ G 01 R 33/032. Устройство для измерения электрической или магнитной составляющей импульсных электромагнитных полей / В: Ф. Веселков, Е. Р. Гермацкая и др. № 4284690/24-21 ; заявл. 14.07.87 ; опубл. 07.07.89; Бюл. № 23.

54. А. с. 1401406 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Способ измерения напряжённости электрического поля / О. Л. Сокол-Кутыловский. № 3784209/24-21 ; заявл. 25.08.84 ; опубл. 07.06.88, Бюл. № 21.

55. А. с. 1317371 СССР, МКИ G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряжённости электрического поля / Б. М. Машковцев, Ю. Н. Балсдис. -№3822437/31-25 ; заявл. 17.12.84 ; опубл. 15.08.87, Бюл. № 22.

56. А. с. 1352379 СССР, МКИ G 01 R 13/40. Электрогиграционный измеритель напряжённости электрического поля / В. Г. Николайченко, Н. М. Шейгас. -№ 3861828/24-21 ; заявл. 04.03.85 ; опубл. 15.11.87, Бюл. № 42.

57. А. с. 1467521 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Устройство для измерения напряжённости электростатического поля / А. А. Аббас, Б. Д. Сулиев, Э. С. Агаев. -№ 4252559/24-09 ; заявл. 06.05.87 ; опубл. 23.03.89, Бюл. №11.

58. А. с. 970236 СССР, МКИ G 01 R 13/40. Измеритель напряжённости электрического поля / М. В. Хащина, С. М. Черевиченко и др. № 3269667/1021 ; заявл. 03.01.81 ; опубл. 30.10.82, Бюл. № 40.

59. А. с. 1101746 СССР, МКИ G 01 R 13/40. Устройство для измерения напряженности электрического поля / Б. М. Машковцев, Б. Н. Балодис, Н. П. Горбачева. -№ 3507550/18-21 ; заявл. 18.08.82 ; опубл. 07.07.84, Бюл. № 25.

60. А. с. 1327014 СССР, МКИ G 01 R 13/40. Оптоэлектронное устройство для измерения напряженности электрического поля и напряжения / Б. В. Авдеев и др. -№ 3962936/24-21 ; заявл. 08.10.85 ; опубл. 30.07.87, Бюл. № 28.

61. Пат. 2071071 Российская Федерация, МКИ G 01 R 29/12. Устройство для измерения напряженности статического и квазистатического электрического поля / В. Н. Зажирко, С. А. Крысов, И. И. Полянин № 4899116/09 ; заявл. 03.01.91 ; опубл. 27.12.96.

62. Красюк, Б. А. Световодные датчики / Б. А. Красюк, О. Г. Семенов и др. М.: Машиностроение, 1990. - 256с.

63. Пат. 2121147 Российская Федерация, МПК6 G 01 R 15/24. Способ и чувствительный элемент для измерения электрических напряжений и/или напряженностей электрического поля / Дирк Пайер, Хольгер Хирш — № 94040863/09 ; заявл. 20.02.93 ; опубл. 27.10.98.

64. Пат. 2004129543 Российская Федерация, МПК G 01 R 1/00. Способ измерения напряженности электрических полей электронно-оптическим методом / В. Ф. Калинин, В. М. Иванов и др. № 2004129543/28 ; заявл. 07.10.04 ; опубл. 20.03.06.

65. Свидетельство на ПМ № 71441 RU, МПК G 01 R 13/40. Устройство для измерения напряженности электрического поля и напряжения / Д. Г. Хамета, М.

66. А. Ураксеев, О. А. Михина № 2007138535/22 ; заявл. 16.10.07 ; опубл. 10.03.08.

67. Буреева, Л. А. Возмущенный атом / Л. А. Буреева, В. С. Лисица. — М. : Изд-во AT, 1997.- 189с.

68. Адамчик, А. Жидкие кристаллы / А. Адамчик, 3. Стругальский. — M. : Сов.радио, 1979. 160с.

69. А. с. 319905 СССР, МКИ G 01 R 19/10. Способ исследования электрического поля / С. И. Павлов № 1378348/26-25 ; заявл. 24.11.69 ; опубл. 02.11.71, Бюл №33.

70. А. с. 481003 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Способ определения напряженности электростатического поля / В. И. Левитов, Г. Ф. Мустафин, В. М. Ткаченко. -№ 1774211/18-10 ; заявл. 19.04.72 ; опубл. 15.08.75, Бюл. № 30

71. А. с. 1675212 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Датчик напряжённости электрического поля / Н. И. Петров № 4644407/21 ; заявл. 30.01.89 ; опубл. 07.09.91, Бюл. №33

72. Ложников, В. Я. Измерительные преобразователи с пространственными и временными выходными сигналами : Учебное пособие / В. Я. Ложников. ОмПИ, 1979. - 80с.

73. Пат. 2214611 Российская Федерация, МКИ G 01 R 29/12, G 01 R 29/08. Способ измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков. № 2001101656/09 ; заявл. 17.01.01 ; опубл. 20.10.03, Бюл. № 23.

74. Пат. 2231802 Российская Федерация, МКИ G 01 R 29/08, G 01 R 29/14. Способ измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков. № 2002117402/09 ; заявл. 28.06.02 ; опубл. 27.06.04, Бюл. № 18.

75. А. с. 1404982 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности электрического поля / А. А. Соколов, Ю. А. Пивоваров. № 4115744/24-21 ; заявл. 12.09.86 ; опубл. 23.06.88, Бюл. № 23.

76. А. с. 1423968 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности электрического поля / М. В. Юркевич, А. А. Матачюнас и др. -№ 4152667/24—09 ; заявл. 28.11.86 ; опубл. 15.09.88, Бюл. № 34.

77. А. с. 1429059 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности электростатического поля / М. В. Юркевич, И. П. Климашевский и др. №4133268/24-09 ; заявл. 10.10.86 ; опубл. 07.10.88, Бюл. № 37.

78. А. с. 1493964 СССР, МКИ G 01 R 29/08. Способ измерения параметров электромагнитного поля / В. Г. Болдырев, В. В Бочаров и др. № 4281857/2409 ; заявл. 13.07.87 ; опубл. 15.07.89, Бюл. № 26.

79. А. с. 1566311 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Способ " определения напряженности электростатического поля / Г. А. Шапошникова, М. Ю. Бродский и др. -№ 4372117/24-21 ; заявл. 22.12.87 ; опубл. 23.05.90, Бюл. №19.

80. А. с. 1661683 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Способ определения напряженности электрического поля / В. Н. Зажирко, О.А. Белозеров и др. —№ 4728397/24 ; заявл. 09.08.89 ; опубл. 07.07.91, Бюл. № 25.

81. А. с. 1774288 СССР, МКИ G 01 R 29/08. Способ измерения напряженности электромагнитного поля / Л. М. Архипова, В. И. Островский и др. -№ 4756087/09 ; заявл. 28.08.90 ; опубл. 07.11.92, Бюл. № 41.

82. А. с. 1818599 СССР, МКИ- G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности' электрического поля / В. П. Сычик, В. А. Воробьев, А. В. Бреднев № 4862204/21; заявл. 29.08.90-; опубл. 30.05.93, Бюл. № 20.

83. Пат. 2200330 Российская Федерация, МПК7 G 01 R 29/12, G 01 R 29/08. Способ измерения напряженности электрического поля / С. В*. Бирюков. № 2001104744/09 ; заявл. 14.02.01 ; опубл. 10.03.03, Бюл № 7.

84. Пат. 2190233 Российская Федерация, МПК7 G 01 R 29/08, G 01 R 29/14. Способ измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков. № 2001113865/09 ; заявл. 21.05.01 ; опубл. 27.09.02, Бюл. № 27.

85. Пат. 2190232 Российская Федерация, МПК7 G 01 R 29/08, G 01 R 29/14. Способ измерения параметров электрического поля / С. В. Бирюков. № 2001110156/09 ; заявл. 13.04.01 ; опубл. 27.09.02, Бюл. № 27.

86. Бирюков, С. В. Методы и средства измерения напряженности электрических полей, обеспечивающие уменьшение погрешности и расширение пространственного диапазона измерения : Автореф. дис. . докт. техн. наук / С. В. Бирюков. Омск, 2004. — 36с.

87. Пучков, F. Г. Электрические поля электропередачи СВН и их моделирование / F. Г. Пучков,, JI. С. Перельман, М. Н. Задорожная // Электропередачи сверхвысокого напряжения и экология. — М., 1986. С. 140154.

88. ГОСТ Р 51070-97. Измерители напряженности электрического и магнитного полей. Общие технические требования и методы испытаний. М. : Изд-во стандартов, 1997. - 16с.

89. Разработка прибора для измерения-поля переменного тока 50 Гц = Mise au point cTun mesureur tie champ electrique alternatif 50 Hz /Chauzy Serge, Magnes Pierre // Rev. gen. elec. 1988. -№7. - C.27-38.

90. Морозов, Юг А. Прибор для измерения напряжённости электрического поля гармоник 300, 600,.2400 / Ю. А. Морозов, В. А. Иванов, Г. Б. Трушин // Охрана труда в промышленности. М., 1980. - С.137-141.

91. Захаров, А. Г. Методика расчета и конструирования миниатюрного двухкомпонентного датчика напряженности электрического поля / А. Г. Захаров, В. М. Юркевич // Измерительная техника. 1986. - №4. - С.44-45.

92. A. c. 1460705 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Устройство для измерения напряженности импульсного электрического поля по трем ортогональным направлениям / В. В. Волченко, М. А. Иванов, А. А. Серков. № 4194067/2409; заявл. 12.02.87 ; опубл. 23.02.87, Бюл. № 7.

93. А. с. 1308946 СССР, МКИ G 01 R 29/08, 29/12. Устройство для измерения импульсного электрического поля по трем ортогональным направлениям / JI. М. Болотова, В. В. Князев, И. Ю. Линк и др. № 3954281/2421 ; заявл. 23.09.85 ; опубл. 07.05.87, Бюл. № 17.

94. Сукманов, В. И. Прибор для измерения напряженности электрического поля / В. И. Сукманов, В. И. Сафонов и др. // Электрические станции. 1987. -№ 6. — С.69-71.

95. Бирюков, С. В. Цифровой измеритель напряженности электрического поля промышленной частоты / С. В: Бирюков, В. Я. Ложников // Приборы и техника эксперимента. — 1981. № 1. - С.275.

96. Бирюков, С. В. Метод измерения напряженности низкочастотного электрического поля / С. В. Бирюков // Методы и средства измерений физических величин : Тез.докл. 3-й науч.-техн. конф. Нижний Новгород : НГТУ, 1998.-4.7.-С.5

97. Мисакян, М. Миниатюрный датчик электрического поля / М. Мисакян, Ф. Р. Коттер, Р. Л. Калер // Приборы для научных исследований. — 1978. № 7. — С.52-55.

98. Юркевич, В. М. О методике измерения напряженности и других характеристик электрического поля / В. М. Юркевич, Б. JI. Кондратьев / Измерительная техника 1980. - № 5. - С.57-59.

99. Кондратьев, Б. JI. Измерения в электрическом поле с выравниванием потенциалов / Б. JI. Кондратьев, В. М. Юркевич : Тр. Моск. энерг. ин-т, -М., 1979. Вып. 432. - С. 20-22.

100. Юркевич, В. М. Измерение напряженности электрического поля при наличии заряда на зонде / В. М. Юркевич // М. : Информэлектро, 1986. 7с. -Деп. в ВИНИТИ № 507 - ЭТ., БУ 1987, № 2.

101. А. с. 1226354 СССР, МКИ G 01 R 29/12. Способ измерения напряженности электрического поля / В. М. Юркевич, А. А. Матачюнас, А. Г. Захаров -№ 3803942/24-21 ; заявл. 23.10.84 ; опубл. 23.04.86 , Бюл. № 15.

102. Бирюков, С. В. Методы измерения напряженности неоднородных электрических полей вблизи источников поля трехкоординатными датчиками / С. В. Бирюков / С. В. Бирюков // Изв. вузов. Сер. Электромеханика. 2003. -№4.-С.22-25.

103. А. с. 718807 СССР, МКИ G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. П. Дьяков, В. Я. Ложников. № 2543070/18-21 ; заявл. 14.11.77 ; опубл. 28.02.80, Бюл. № 8.

104. Бирюков, С. В. Физические основы измерения параметров электрических полей : Монография. Омск : Изд-во СибАДИ, 2008. - 112с.

105. Бирюков, С. В. О методической погрешности измерения напряженности переменных вращающихся электрических полей / С. В. Бирюков, В. Я. Ложников // Измерительные преобразователи: Межвуз. сб. науч. тр. Омск : ОмПИ, 1979. - С. 3-9.

106. Прибор для измерения напряженности поля = Nahfeldstarkeme(3gerat NFM 1 // Elektro-Praktiker. 1989. - 43, № 4. - S.99124. http://www.tehno.com

107. Измеритель электрического поля ИЭП-04. Паспорт ПАЭМ.411153.001ПС

108. Измеритель электрического поля ИЭП-05. Паспорт ПАЭМ.411153.002-01ПС

109. Измеритель параметров электрических и магнитных полей ПЗ-70. Паспорт ПАЭМ.411180.006ПС

110. Прибор для измерения напряженности электрического поля 50 Гц «ИНЭП-50». Руководство по эксплуатации Минск, 2003.129. http://grachev.distudy.ru/Uchkurs/sredstva/130. http://www.proel.spb.ru/product/gradan/

111. Измеритель параметров магнитного и электрического полей промышленной частоты «ВЕ-50». Руководство по эксплуатации БВЕК43 1440.07 РЭ.132. http://www.ekosf.ru133. http://www.octava.info134. http://www.tsmera.ru

112. Выгодский, М. Я. Справочник по высшей математике / М. Я. Выгодский. М. : Наука, 1972. - 874с.

113. Бирюков^ С. В. Датчик напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е.-П. Дьяков, В1 Я. Ложников и др. // Устройства» получения и первичной» обработки измерительной информации:- Межвуз. сб. науч. тр. -НИСИ. Новосибирск, 1977. - С. 42-50i

114. Бирюков, С. В. Анализ работы» электроиндукционных сферических датчиков напряженности электрического поля в полях различнойнеоднородности / С. В. Бирюков // Межвуз. сб. тр. "Магнитные и электрические измерения". Омск, 1983. - С. 3-5.

115. Бирюков, С. В. Метод измерения напряженности электрического поля путем выравнивания двух составляющих при третьей равной нулю / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина // Омский научный вестник, № 1(77). Омск : ОмГТУ, 2009. - С. 176-181.

116. Бирюков, С. В. Теоретическое обоснование методов измерения при контроле напряженности электрических полей техногенной природы / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина, Р. Р. Файзуллин // Омский научный вестник, № 1(77). Омск : ОмГТУ, 2009. - С. 171-176.

117. А. с. 473128 СССР, МКИ" G 01 R 29/14. Способ измерения напряженности электростатического поля / В. С. Аксельрод, К. Б. Щигловский, В. А. Мондрусов. № 1919194/18-10 ; заявл. 21.05.73 ; опубл. 05.06.75, Бюл. №21

118. Тимонина, Е. В. Сравнительный анализ работы трехкоординатного электроиндукционного сферического датчика напряженности в электрических полях различной неоднородности / Е. В. Тимонина // Омский научный вестник, № 1(64). Омск : ОмГТУ, 2008. - С. 114-121.

119. Князев, В. В. Определение пространственной разрешающей способности емкостного преобразователя измерителя импульсного электрического поля / В. В. Князев // Измерение импульсных электромагнитных полей. М., 1986. - С.5-7.

120. Бирюков, С. В. Измеритель напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина, С. 3. Ихлазов // Свидетельство об отраслевой регистрации, № 50200801490, Министерство образования и науки РФ, ОФАП, М., 2008

121. Решение о выдаче патента на ПМ № 2009126066/22 МПК G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С.В.Бирюков, Е. В. Тимонина №2009126066/22 (036300); Заявлено 07.07.2009.

122. Пат. на ПМ 80243 Российская Федерация МПК G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина -№ 2008137754/22 ; заявл. 22.09.08 ; опубл. 27.01.09, Бюл. № 3.

123. Пат. на ПМ 81579 Российская Федерация МПК G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина № 2008138086/22 ; заявл. 24.09.08 ; опубл. 20.03.09, Бюл. № 8.

124. Пат. на ПМ 80242 Российская Федерация МПК G 01 R 29/08. Устройство для измерения напряженности электрического поля / С. В. Бирюков, Е. В. Тимонина № 2008137754/22 ; заявл. 22.09.2008 ; опубл. 27.01.09, Бюл. №3.

125. Кудряшов, Э. А. Измерительные цепи пьезокварцевых датчиков / Э. А. Кудряшов, О. С. Новиков // Элементы и системы автоматики и ' информационной техники : Тр. Ленинградского политехи, ин-та. — Л., 1975 . —№ 342.-С. 30-33.

126. Бирюков, С. В. Измерительная цепь электроиндукционных датчиков напряженности электрического поля / С. В. Бирюков // Межвуз. сб. науч. тр. "Техника электрических и магнитных измерений". — Омск, 1989. — С. 66-69.

127. Бирюков, С. В. Выбор диапазона преобразования измерительной цепи трехкоординатных датчиков напряженности электрического поля / С. В.

128. Бирюков II Межвуз. сб. науч. тр. "Методы и устройства магнитных измерений и контроля". Омск, 1987. - С. 67-69.

129. А. с. 920569 СССР, МКИ G 01 R 29/08. Устройство для измерения составляющих электрического поля / И. В. Хахамов № 2954934/18-21 ; заявл. 10.07.80 ; опубл. 15.04.82, Бюл. № 14.

130. Левшина, Е. С. Электрические измерения физических величин: Измерительные преобразователи : Учебное пособие для вузов / Е. С. Левшина, П. В. Новицкий. Л. : Энергоатомиздат, 1983. — 320с.