ДАТЧИК ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ПРОВОДОВ
SENSOR FOR CONTINUOUS MONITORING OF WIRE INSULATION

Изобретение относится к технике электрических испытаний и может быть использовано для контроля качества изоляции проводов.
Известен способ контроля дефектности изоляции проводов, описанный в [1].
2
4
В упомянутом способе в качестве датчика для непрерывного контроля изоляции проводов используют две фетровые пластины, погруженные в электролитический раствор сернокислого натрия NaSO в воде (концентрация 30 г/л).
При этом между жилой провода и раствором, соединенными в электрическую цепь, прикладывают испытательное напряжение постоянного тока 50±3 В при разомкнутой цепи. В соответствии с этим способом при помощи упомянутого датчика определяют целостность изоляции, которая выражается числом точечных повреждений изоляции провода, зафиксированных с помощью электрического испытательного устройства.
Точечные повреждения фиксируют соответствующим реле со счетчиком. Счетчик должен срабатывать при сопротивлении изоляции провода менее 10 кОм в течение не менее 0,04 с. Счетчик не должен срабатывать при сопротивлении 15 кОм и более. Цепь для определения повреждений должна работать со скоростью срабатывания 5±1 мс, обеспечивая регистрацию с частотой (500±25) повреждений в минуту при протягивании провода без изоляции.
Недостаток указанного датчика заключается в том, что, во-первых, электролитический состав в течение работы может изменять свою концентрацию, а его электропроводимость зависит от температуры контроля, что влечет за собой изменение сопротивления в контакте между датчиком точечных повреждений и влияет на точность и информативность контроля. Кроме того, чувствительность датчика низка, поэтому его используют только для контроля изоляции тонких проводов, диаметр которых не превышает 0,5 мм.
Наиболее близким к заявляемому является датчик для непрерывного контроля изоляции проводов, описанный в [2].
Датчик-прототип содержит расширительный элемент, формирующую обойму, нагреватель, проводящий эластичный обжим, источник света, фотоэлектрический преобразователь, контролируемый провод, преобразователь ток - напряжение, управляемый источник тока, причем расширительный элемент расположен внутри расточки обоймы, обжим находится внутри отверстия в расширительном элементе, источник и преобразователь расположены внутри обоймы по разные стороны от обжима, при этом выход преобразователя соединен с входом преобразователя, выход которого соединен с входом источника, выход которого соединен с входом нагревателя.
Недостатком датчика является сложность его конструкции, низкая надежность и долговечность, низкая точность и чувствительность.
Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в упрощении конструкции, в повышении надежности, долговечности чувствительности и точности контроля.
Наиболее близким к заявляемому является датчик, опубликованный в [3].
1
2
1
Датчик-прототип для непрерывного контроля изоляции проводов, содержит корпус, внутри которого расположен проводящий рабочий элемент, колпак, греющий источник с плавно изменяющейся мощностью, термодатчик, трубы кожуха, схему регулирования мощностью греющего источника, стойку с платформой и подвижную стойку, причем в качестве рабочего элемента взят галлий, а корпус и колпак выполнены из теплопроводящего материала (меди) в виде перевернутых в вертикальной плоскости на 180° по отношению друг к другу прямоугольных сосудов, по периметру которых в верхней торцевой части корпуса и в нижней части колпака выполнены одинаковые по конфигурации фланцы, причем внешние размеры фланцев одинаковы, внутренний же размер фланца колпака меньше внутреннего размера фланца корпуса, во фланце корпуса выточена проточка, в которую вставлен уплотнитель, корпус и колпак идентичны по конфигурации, но объем внутренней полости колпака V больше объема V внутренней полости корпуса. При этом объем V полностью заполнен галлием, фланцы корпуса и колпака присоединены друг к другу крепежными деталями, в стенках корпуса просверлены сквозные соосные отверстия, вокруг которых с внешней стороны корпуса выполнены проточки, в которые вставлены уплотняющие манжеты, с противоположных внешних сторон корпуса датчика прикреплены две трубчатые оси, имеющие с одних торцов крепежные фланцы, а с других торцов фланцы-ограничители. Крепежные фланцы трубчатых осей прикреплены крепежными деталями к корпусу, уплотняющие манжеты находятся между корпусом и фланцами трубчатых осей. Внутренний диаметр трубчатых осей соответствует диаметру просверленных в корпусе отверстий, а наружный диаметр этих осей соответствует отверстиям в стойке с платформой и в подвижной стойке, одна трубчатая ось входит в отверстие стойки с платформой, а другая трубчатая ось входит в отверстие подвижной стойки. Отверстие в стойке с основанием соосно отверстию в подвижной стойке, фланцы-ограничители трубчатых осей расположены за отверстиями упомянутых стоек. Нижний конец подвижной стойки расположен в пазу платформы стойки с платформой и может перемещаться в продольном направлении по расположенным внутри паза направляющим, к верхней части стойки платформы закреплена труба, выполненная из меди. Внутри трубы по ее центральной оси прикреплен к стойки с платформой патрон, в который вкручен греющий источник с плавно изменяющейся мощностью. К внешней стороне колпака одним из торцов прикреплена труба кожуха, внутренний диаметр которой соответствуют внешнему диаметру трубы, прикрепленной к верхней части стойки с платформой, а оси вращения упомянутых туб совпадают, труба кожуха снабжена резьбовым фиксатором. С противоположной стороны корпуса от трубы кожуха расположено гнездо, в которое вставлен термодатчик, выход которого соединен с входом схемы регулирования мощностью греющего источника, выход которой соединен с входом греющего источника с плавно изменяющейся мощностью.
Недостатком датчика-прототипа является его сложность, обусловленная высокой температурой плавления галлия и связанная с этим необходимость использования в датчике схемы автоматического разогрева галлия.
Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в упрощении конструкции.
Задача решается тем, что в датчик для непрерывного контроля изоляции проводов, содержащий корпус, внутри которого расположен проводящий рабочий элемент, и стойку, корпус изготовлен в виде тройника, выполненного в виде двух взаимно перпендикулярных горизонтального и вертикального полых цилиндров, в горизонтальном цилиндре выполнено сквозное отверстие, а вертикальный цилиндр выполнен в виде стакана, объем внутренней полости которого превышает объем внутренней полости горизонтального цилиндра, внутренняя полость вертикального цилиндра сообщается с внутренней полостью горизонтального цилиндра, стойка выполнена в виде двух параллельных опор, закрепленных на горизонтальной платформе, в верхней части опор выполнены соосные отверстия, диаметр которых соответствует внешнему диаметру горизонтального цилиндра, в торцах горизонтального цилиндра выточены цилиндрические проточки, в которые вставлены уплотняющие манжеты, к торцам горизонтального цилиндра крепежными деталями крепятся фланцы, сжимающие манжеты, по оси вращения фланцев выполнены сквозные отверстия, соответствующие диаметру контролируемого провода, горизонтальный цилиндр размещен в сквозных отверстиях опор стойки, рабочий элемент, размещенный в полостях цилиндров, представляет собой низкотемпературный сплав галлия с индием.
На фиг. 1А и 1Б приведена конструкция заявляемого датчика, служащая для пояснения принципа работы датчика.
Датчик (фиг. 1) состоит из корпуса, выполненного в виде в виде двух взаимно перпендикулярных вертикального 1 и горизонтального 2 полых цилиндров, в полости которых введен рабочий элемент 3, представляющий собой сплав галлия с индием. В торцах горизонтального цилиндра 2 выточены цилиндрические проточки, в которые вставлены уплотняющие манжеты 4. К торцам горизонтального цилиндра 2 крепежными деталями 5 крепятся фланцы 6. Горизонтальный цилиндр 2 размещен в сквозных отверстиях 7 опор стойки 8. Позицией 9 обозначен фиксатор. Позицией 10 обозначено отверстие во фланце 6 и цилиндре 2 для фиксатора. Позицией 11 обозначено разреженное пространство в полости вертикального цилиндра 1. Позицией 12 обозначена платформа стойки. Позицией 13 обозначен контролируемый провод.
Датчик работает следующим. В исходном состоянии датчик фиг. 1 находится в положении А с рабочим веществом 3, представляющим из себя сплав галлия с индием Полость цилиндра 1 заполнена рабочим веществом 3, представляющим из себя сплав галлия с индием. Контролируемый провод 13 вводят через уплотняющие манжеты 4 в отверстие горизонтального цилиндра 2. После этого крепежными деталями 5 закрепляют фланцы 6 к горизонтальному цилиндру 2. При скручивании крепежных деталей 5 (винт и гайка) уплотняющие манжеты 4 сжимаются и обжимают провод 13. Степень обжатия провода уплотняющими манжетами 4 зависит от толщины манжет и усилия, прикладываемого к ним фланцами 6. Это усилие может изменяться путем степени скручивания крепежных деталей 5. Добившись того, чтобы полости цилиндров 1 и 2 были герметично изолированными от окружающей среды, датчик поворачивают на 180° вокруг горизонтальной оси вращения, роль которой выполняет цилиндр 2, и переводят его в положение Б.
1
2
Фиксирование датчика в положении Б осуществляется фиксатором 9, вставляемым в отверстие 10. Рабочий элемент 3, находящийся в расплавленном состоянии под действием гравитационных сил, перетекает из полости вертикального цилиндра 1 в полость горизонтального цилиндра 1, заполняя пространство между внутренней образующей полости цилиндра 2 и проводом 13. Поскольку полость объема цилиндра 1 выполнена таким образом, чтобы ее объем V превышал объем полости V в цилиндре 2, то в полости цилиндра 1 вверху над рабочим веществом 3 возникает разреженное пространство 11, поскольку полости цилиндров 1 и 2 герметичны относительно внешней среды.
После проведения датчика в рабочее состояние (фиг. 1Б) начинают проводить контроль изоляции провода 13, для чего его приводят в движение. В процессе контроля рабочее вещество 3 не вытекает из полостей цилиндров 1 и 2, так как его удерживают внутри две силы: сила сцепления рабочего вещества со стенками полостей и разрежение 13 над поверхностью рабочего вещества 3 в полости вертикального цилиндра 1.
Пример конкретного выполнения.
Был изготовлен датчик, конструкция которого приведена на фиг. 1.
2
1
2
2
Цилиндры 1 и 2 датчика были выполнены из стали. По центральной оси цилиндра 1 было просверлено сквозное отверстие диаметром 1 мм. Длина рабочей части цилиндра 1 была равна 10 мм. Объем рабочей полости цилиндра 2 V=7,85 мм. Цилиндр 1 был выполнен в виде стакана, диаметр полости которого был равен 2 мм, а высота полости равнялась также 10 мм. Объем рабочей части полости цилиндра 1 был равен V=15,7 мм и превышал объем полости цилиндра 2 в 2 раза. В полость цилиндра 1 был размещен состав смеси галлия с индием, в соотношении массовых частей 95:5 соответственно. Этот сплав приходил в расплавленное состояние при температуре 15,7°C, что позволяло осуществлять контроль эмалевой изоляции проводов при нормальных комнатных температурах, обычно превышающих 15,7°C. Манжеты 14 были выполнены из резины толщиной 5 мм. Внутренний диаметр уплотняющих манжет был равен 1 мм. Это позволяло осуществлять контроль изоляции проводов, диаметр которых не превышал 1 мм. Остальные детали были выполнены из стали.
Таким образом, заявляемый датчик по сравнению с датчиком-прототипом, существенно упрощен, так как позволяет исключить сложную схему разогрева, необходимую для приведения галлия в расплавленное состояние.
Источники информации
1. ГОСТ Р МЭК 60851-5-2008. Провода обмоточные. Методы испытаний. Часть 5. Электрические свойства.
2. Авторское свидетельство СССР №1449949. Датчик для непрерывного контроля электрической прочности изоляции проводов. // Г.В.Смирнов, Н.А.Косенчук и С.А.Щерб. Опубл. 07.01.87, Бюл. №1.
3. Патент РФ №2505830. G01R 31/14 (по заявке №2012125231). Датчик для непрерывного контроля изоляции проводов // Заявл. 18.06.2012 // Г.В. Смирнов, Смирнов Д.Г. / Опубликовано: 27.01.2014. Бюл. №3 (прототип).