本實(shí)用新型屬于電場強(qiáng)度檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種十二片扇葉型交直流混合電場檢測儀。

背景技術(shù)：

近年以來我國土地資源日益緊張，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)建設(shè)新的輸電走廊成本較大，且伴隨如此多的特高壓輸電線路建設(shè)。這就要求電力行業(yè)提高現(xiàn)有輸電走廊的利用率，實(shí)現(xiàn)緊湊型輸電。目前，特高壓直流線路與交流線路同走廊架設(shè)的情況已經(jīng)出現(xiàn)。而在超特高壓輸電線路設(shè)計(jì)中，地面場強(qiáng)是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)原則，因此準(zhǔn)確測量交直流線路并行傳輸走廊地面處的混合電場將對于交直流并行輸電線路的設(shè)計(jì)起到重要指導(dǎo)意義。但是，目前已有的交直流混合電場檢測裝置，其定片都為扇形結(jié)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)混合電場的準(zhǔn)確測量。以上所述的現(xiàn)有的交直流混合電場檢測裝置的缺點(diǎn)急需改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有扇形結(jié)構(gòu)定片混合電場檢測裝置無法實(shí)現(xiàn)混合電場的準(zhǔn)確測量的缺陷，提供了一種采用伯努利扭線定片的十二片扇葉型交直流混合電場檢測儀。

本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為：

十二片扇葉型交直流混合電場檢測儀，包括：

定片，其設(shè)置有十二個(gè)，并且在一圓周內(nèi)均勻布置，所述定片輪廓呈伯努利扭線狀，所述定片固定不動(dòng)并且通過電阻接地；

動(dòng)片，其設(shè)置有十二個(gè)，并且在一圓周內(nèi)均勻布置，所述動(dòng)片呈扇形，所述動(dòng)片直接接地；

所述動(dòng)片設(shè)置在定片的上部，并且定片和動(dòng)片相互絕緣，所述動(dòng)片在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，電場從相鄰兩個(gè)動(dòng)片之間穿過作用到定片上，動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)到定片上方時(shí)能夠?qū)㈦妶銎帘巍?/p>

優(yōu)選的是，所述每一個(gè)定片的角度為其中n為定片的數(shù)量。

優(yōu)選的是，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和轉(zhuǎn)軸，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述動(dòng)片與轉(zhuǎn)軸固定連接。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型提供的交直流混合電場檢測儀，采用了伯努利曲線型的定片，使用設(shè)計(jì)的定片結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在動(dòng)片旋轉(zhuǎn)時(shí)，暴露于電場中定片面積為正弦性變化。并從數(shù)學(xué)原理出發(fā)推導(dǎo)了該面積變化的數(shù)學(xué)表，使電場的測量更精準(zhǔn)可靠。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型所述運(yùn)行過程工作原理示意圖。

圖3為本實(shí)用新型所述為十二片扇葉型交直流混合電場檢測儀扇葉數(shù)量示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種交直流混合電場檢測儀，包括設(shè)置在探頭上的動(dòng)片110和定片120。其中動(dòng)片110和定片120均設(shè)置在轉(zhuǎn)軸130上，動(dòng)片110設(shè)置在轉(zhuǎn)軸130的上部，定片120設(shè)置在轉(zhuǎn)軸130的下部，所述轉(zhuǎn)軸130由電機(jī)140驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。動(dòng)片110與轉(zhuǎn)軸固定連接，能夠隨著轉(zhuǎn)軸130轉(zhuǎn)動(dòng)，并且直接接地。所述定片120套設(shè)在轉(zhuǎn)軸130上，不隨轉(zhuǎn)軸130轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過1個(gè)電阻接地。所述動(dòng)片110和定片120相互絕緣。

所述動(dòng)片110和定片120均設(shè)置有多個(gè)，相鄰兩個(gè)動(dòng)片110之間有扇形孔隙。當(dāng)動(dòng)片110轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，交直流電場通過動(dòng)片110之間的扇形孔隙時(shí)而作用在定片120上，時(shí)而又被屏蔽，這樣在定片120與地之間產(chǎn)生1個(gè)交變的電流信號，通過測量該交變的電流可以推知交直流電場的大小。如圖3所示，作為一種優(yōu)選的，所述定片120設(shè)置有12個(gè)。

假設(shè)動(dòng)片110上共有n個(gè)扇形孔隙，每個(gè)扇形孔隙的面積為A₀，動(dòng)片110轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為w。這樣當(dāng)動(dòng)片110轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定片120暴露于直流電場的總面積隨時(shí)間的變化A(t)為

上述面積A(t)的計(jì)算過程如下：

根據(jù)伯努利雙紐線的極坐標(biāo)方程為：

r²＝2a²cos2θ

對于

r²＝2a²cosnθ

在此，稱為伯努利n紐線。

因?yàn)閞²≥0，即cosnθ≥0，可求得θ一取值范圍為即每片定片120的角度所以對于伯努利n紐線，對應(yīng)于n片定片120。

對于每一片定片120，如圖2所示，當(dāng)動(dòng)片110旋轉(zhuǎn)時(shí)，則每一片定片120暴露于電場中的面積隨時(shí)間變化為：

又因?yàn)槊恳黄ㄆ?20面積為

因此，計(jì)算得到

對于n片定片120，則

若被測直流電場的場強(qiáng)為E，空氣的介電系數(shù)為ε₀，則定片上感應(yīng)的電荷Q(t)為：

Q(t)＝ε₀EA(t)

由此可以求得由直流電場感應(yīng)的電流為：

通過測量i_e(t)可以知道合成電場E。

還需要指出的是，沿電力線移動(dòng)的離子電流，也通過轉(zhuǎn)動(dòng)圓片上的扇形孔進(jìn)入定片，若離子電流密度為j，則進(jìn)入到下面固定圓片的離子電流為：

由上式可見，進(jìn)入固定圓片的電流i(t)是由離子電流i_j(t)和感應(yīng)電流i_e(t)兩個(gè)分量組成，其感應(yīng)電流i_e(t)和i_j(t)相角正好差90°。按理，如能準(zhǔn)確區(qū)分和測量i_e(t)和i_j(t)兩個(gè)分量，利用該儀器可同時(shí)用來測量合成電場E和離子電流密度j，但由于旋轉(zhuǎn)電場儀的A值小，致使i_j(t)很小，無法由此準(zhǔn)確求得j值。由于i_j(t)<<i_e(t)，i_j(t)的存在對i_e(t)讀數(shù)影響小，即i(t)≈i_e(t)，故可以由此確定合成電場E值。

如果考慮交直流場疊加，圓片暴露于混合場下的面積仍然為：

若直流場強(qiáng)E₁，交流場強(qiáng)幅值E₂，角頻率ω₂，則交直流混合電場為：

E＝E₁+E₂cos(ω₂t+β)

定片上感應(yīng)電荷為：

此時(shí)混合電場感應(yīng)的電流為：

離子電流仍然為與i_e(t)相比可以忽略。

故儀器測得電流即為i_e(t)。

假設(shè)交流直流線路電壓等級相近，則地面直流電場和交流電場峰值也相近，故上式中三項(xiàng)數(shù)值相差不大，可以分別測量而不會(huì)產(chǎn)生較大誤差。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以對直流電場和交流電場分別用平板電極進(jìn)行校準(zhǔn)。

參考圖1，交直流混合電場檢測儀的動(dòng)片及外殼需穩(wěn)定接地，定片通過大電阻接地。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將交直流混合電場檢測儀放在交直流混合電場環(huán)境下，使動(dòng)片穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行測量。具體測量步驟如下：

A、采集電阻上的電壓信號；

B、已知電阻阻值大小，通過電壓信號計(jì)算電流信號i_e(t)；

C、對電流時(shí)域信號進(jìn)行頻譜分析，得到電流信號的頻譜圖；

D、由頻譜圖中特征頻率，求取直流電場E₁和交流電場E₂。

其中，特征頻率f(A')＝w₂＝50Hz，為交流基頻分量，對應(yīng)電流信號幅值為：

特征頻率f(B′)＝nw₁＝1080(本實(shí)用新型動(dòng)、定片為12片結(jié)構(gòu)，n＝12；電極轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為90Hz)，對應(yīng)電流信號幅值為：

特征頻率f(C′)＝nw₁+w₂＝1130，對應(yīng)電流信號幅值為：

特征頻率f(D′)＝nw₁-w₂＝1030，對應(yīng)電流信號幅值為：

式中ε₀、n、A₀、w₁、w₂為已知量，從而可求出直流電場E₁和交流電場E₂的場強(qiáng)。

盡管本實(shí)用新型的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本實(shí)用新型的領(lǐng)域。對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實(shí)用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。