Змінюючи під час досліджень кут нахилу котушки 2 першого недоліку можна позбутись.

За допомогою декількох приймальних котушок, встановлених над газопроводом, можна визначати ще й місце розташування дефекту покриття по периметру газопроводу[7].

Загальним недоліком описаних способів вимірювання струму в підземному газопроводі є вплив на результати вимірювання сторонніх електромагнітних полів.

Усунути цей недолік можна, доповнивши вимірювальну систему з двох паралельних котушок третьою, встановивши її над першими двома на віддалі a від них. В процесі вимірювання струму за допомогою трьох котушок використовуються вимірювання різниці ЕРС, наведеної в цих котушках. На рисунок 1.9 зображено схему розміщення котушок, за допомогою якої можна реалізувати спосіб вимірювання змінної складової струму в підземних газопроводах при врахуванні сторонніх завад.

Вимірявши різниці напруг на котушках 1-2 і 1-3, відповідно E12 і E13, визначають висоту встановлення котушок за допомогою наступної формули:

, (1.22)

де E23 = E13-E12 .

Значення струму в газопроводі може бути визначене за формулою:

. (1.23)

Таким чином можна визначити величину змінної складової струму в газопроводі в умовах, коли на приймальні котушки впливає не тільки магнітне поле, утворене протіканням струму по газопроводу, а й стороннє однорідне магнітне поле.

Рисунок 1.9 - Схема розміщення котушок при врахуванні сторонніх магнітних полів.

Для вимірювання постійного струму в газопроводі застосовуються вимірювачі постійного магнітного поля - магнітометри. Постійне магнітне поле утворюється при протіканні по газопроводу струму СКЗ. Але при таких вимірюваннях виникають значні похибки внаслідок впливу на поле, створене струмом в трубі, постійного магнітного поля землі і намагніченості ним металу газопроводу.

Загальним недоліком всіх описаних дистанційних методів визначення є

необхідність встановлення певним чином орієнтованих вимірювальних котушок точно над віссю газопроводу. Отже необхідно витрачати зайвий час на проведення вимірювань і слідкувати за точністю встановлення котушок над газопроводом.

Якщо встановити чотири приймальні котушки як зображено на рисунок 1.10, то можна визначити струм в підземному газопроводі без точної фіксації положення осі газопроводу.

Рисунок 1.10 - Схема розміщення котушок при автоматичному визначенні положення осі залягання газопроводу.

Віддаль від осі газопроводу до системи котушок по вертикалі h визначається за наступним співвідношенням:

(1.24)

де E1, E2,E3,E4- ЕРС наведені відповідно в 1, 2, 3 і 4 приймальних котушках.

Віддаль від осі газопроводу до приймальної системи по горизонталі використовуючи результати (1.24) становить:

. (1.25)

Струм в газопроводі, використовуючи (1.24) та (1.25) визначається за такою формулою:

(1.26)

Таким чином можна визначати струм в підземному газопроводі без точної фіксації пристрою вимірювання відносно осі газопроводу[8]. Проте при цьому способі на результати вимірювання впливають сторонні

2 Електромагнітне поле електричних струмів.

2.1 Принципи розробки апаратури для безконтактного вимірювання струмів.

Безконтактне вимірювання струмів можливе тільки завдяки виникненню в просторі, що оточує точки, електромагнітного поля і вимірювання його параметрів. При цьому виникає два основних затруднення: вибір оптимального параметру електромагнітного поля, по котрому можна було б судити про значення струму, і захист від зовнішніх електромагнітних полів, які обумовлені існуванням дальніх контурів зі струмом. Ці труднощі тісно пов’язані один з одним і по суті зводяться до однієї загальної проблеми – виявленню та оцінці локальних електромагнітних збурень, які створюються струмами[3].

Електромагнітні процеси, зазвичай, аналізують за допомогою основної системи рівнянь електродинаміки, які отримали назву рівняння Максвела що дозволяють зв’язати струми що протікають з параметрами електричного і магнітного полів.

Перше рівняння Максвела є узагальненням закону повного струму (закону Ампера). В домаксвеллівському тракуванні цей закон можна було зформулювати наступним чином: циркулювання вектора напруженості магнітного поля по замкнутому контурі дорівнює струму ,що пронизує даний контур:

(2.1)

при чому, як показав Максвел, під струмом треба розуміти суму струмів провідності і зміщення:.

Рівняння (2.1) застосовується для контурів кінцевих розмірів. Воно представляє собою перше рівняння Максвела в інтегральній формі. Для переходу до диференціальної форми скористаємося теоремою Стока. З амінюючи у рівнянні (2.1) циркуляцію вектора інтегралом від по поверхні і памятаючи, що

(2.2)

отримаємо .

Так як - довільна поверхня, то остання рівність можлива лише в тому випадку , якщо

. (2.3)

Рівняння (2.3) називається першим рівнянням Максвела в диференціальній формі, так само як і рівняння (2.1), характеризує магнітний ефект струму у відсутності середовищ, що намагнічуються. За присутності середовищ, що намагнічуються, як відомо, основною характеристикою магнітного поля є магнітна індукція , яка пов’язана з напруженістю магнітного поля наступним співвідношенням:, де - абсолютна магнітна проникнісьть середовища, - магнітна стала, - тензор відносної магнітної проникності середовища - безрозмірна величина. Тензор враховує анізотропні властивості середовища, тобто неоднаковість її магнітних властивостей у різних напрямках. Якщо магнітне середовище ізотропне, то і або , де магнітна індукція у вакуумі. В ізотропних середовищах і . Таким чином, магнітний ефект струму в середовищах, що намагнічуються, характеризується вже не одним, а двома векторами, наприклад і або і . Поскільки, електромагнітні і силові ефекти, які спостерігаються у середовищах, що намагнічуються пропорційні вектору , тоді вимірюваною, точніше, перетворюваною у результаті появи цих ефектів, величиною можна рахувати вектор , а поза середовищами, що намагнічуються – вектор , а не . Враховуючи це, рівняння (2.1) та (2.3) можна переписати у вигляді

(2.4)

(2.5)

Друге рівняння Максвела є узагальненням закону електромагнітної індукції Фарадея, відповідно з яким в замкнутому контурі, що пронизаний змінним магнітним потоком , виникає ЕРС ,що рівна швидкості зміни магнітного потоку .

ЕРС, що наводиться в будь-якому замкнутому контурі , рівна циркуляції вектора по цьому контурі . Таким чином,