ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к области электроизмерительной техники и может найти применение для измерения переменного тока и напряжения в электрических сетях среднего напряжения в системах учета электроэнергии, измерения показателей качества электроэнергии и релейной защиты.
Уровень техники
Наиболее близким техническим решением является конструкция датчика тока и напряжения (EP 2366108B1). Конструкция прототипа включает пояс Роговского, размещенный на U-образном токопроводе, и емкостной датчик потенциала, в корпусе из полимерного диэлектрического материала. Датчик потенциала окружен электростатическим экраном, который конструктивно связан с основанием.  Сигнал от датчика поля поступает в основание по изолированному и экранированному каналу для последующего преобразования на базе аналоговой схемы обработки сигналов.
Недостатками данного прототипа являются зависимость емкости датчика поля от температуры и необходимость применения дополнительной схемы компенсации изменения температуры для достижения требуемого класса точности измерения напряжения.  Описанная форма токопровода прототипа ограничивает возможность увеличения его сечения для обеспечения больших номинальных токов без существенного увеличения габаритов датчика. Применение пояса Роговского для задач учета и измерения показателей качества имеет ограничения, связанные со сложностью достижения требуемого класса точности в следствии малой помехоустойчивости.
Раскрытие полезной модели
Полезная модель решает задачу создания комбинированного измерительного преобразователя (трансформатора) тока и напряжения для сетей среднего напряжения, обладающего высокой точностью измерения, помехозащищенностью, повышенной стойкостью в аварийных режимах, малыми массогабаритными характеристики и низкой материалоёмкостью.
Технический результат полезной модели предполагается в расширении динамического диапазона измерения тока, повышении точности измерения тока в области малых номинальных токов, повышении точности измерения напряжения в расширенном температурном диапазоне, повышение номинальных токов термической и динамической стойкости устройства без увеличения массогабаритных характеристик, реализации цифровых интерфейсов.
Технический результат обеспечивается применением конструкции высоковольтного измерительного преобразователя тока и напряжения, состоящего из маломощного трансформатора тока с нанокристаллическим сердечником, нагруженного на резистивный шунт, пояса Роговского, размещенных на одном токопроводе, и емкостного делителя напряжения, состоящего из высоковольтных термостабильных конденсаторов, размещенных в электростатическом экране из латунной сетки, конструктивно связанном с алюминиевым основанием, и залитых  в корпусе из полимерного диэлектрического материала, а средняя точка делителя напряжения гальванически изолирована от заземленного основания полимерной втулкой и экранирована от электромагнитных помех с помощью алюминиевой опорной втулки, при этом резистивный шунт трансформатора тока и низковольтный конденсатор делителя напряжения размещены на электронной плате, устанавливаемой внутри основания, имеющего снимаемую крышку.
Заявленное устройство отличается от ближайшего аналога:
― Применением последовательно соединённых высоковольтных конденсаторов с диэлектрическим материалом, обладающим высокой температурной стабильностью характеристик, и обеспечивающих более точное изменение напряжения в температурной диапазоне;
― Применением упрощенной конструкции токопровода большего диаметра, обеспечивающего пропускание больших значений номинальных токов, и точное центрирование трансформатора тока 2 и пояса Роговского 3 на токопроводе;
― Применением дополнительного маломощного трансформатора тока с нанокристаллическим сердечником, нагруженного на резистивный шунт, обеспечивающего широкий диапазон измерения тока с классом точности не хуже 0.2S в области малых номинальных токов.
Описание чертежей
Конструкция устройства приведена на фиг. 1 и включает маломощный трансформатор тока 2, датчик Роговского 3, размещенные на одном токопроводе 1, и емкостной делитель напряжения 4, изолирующую втулку 5,  опорную втулку 6,  основание 7, электростатический экран 8, электронную плату 9, объединенные в корпусе 10.
Осуществление полезной модели
Емкостной делитель 4 состоит из последовательно соединенных высоковольтных конденсаторов, выполненным с материалом диэлектрика, имеющим высокую температурную стабильность характеристик. Высоковольтные конденсаторы помещены в электростатический экран 8 из латунной сетки, конструктивно связанный с заземленным алюминиевым основанием 7. Верхний электрод 11 делителя напряжения присоединен к токопроводу и выполнен в форме конуса с радиусом изгиба грани, равным радиусу сечения экрана 8. Средняя точка делителя напряжения гальванически изолирована от заземленного основания полимерной втулкой 5.  Дополнительно потенциал среднейточки делителя напряжения экранирован с помощью алюминиевой опорной втулки 6.
Маломощный трансформатор тока выполнен с сердечником из нанокристаллической стали, обладающей большой относительной магнитной проницаемостью и обеспечивающие малые потери на перемагничивание. Нагрузка в виде прецизионного резистивного шунта обеспечивает малую потребляемую мощность и потери трансформатора. В результате повышается линейность характеристики коэффициента преобразования и уменьшаются амплитудные и угловые погрешности измерения тока. Сигнальные провода датчиков тока выполнены из термостойкого экранированного кабеля.
Токопровод 1 выполнен из медного круга с возможностью изменения его сечения для обеспечения пропускания требуемых номинальных токов без необходимости измерения конструкции и способа размещения датчиков тока. Корпус 10 устройства выполнен из полимерного диэлектрического материала путем заливки в под давлением, обеспечивающего электрическую прочность внутренней и внешней изоляции.
В основании 7 размещаются, защищенные от внешних электромагнитных помех, низковольтные электронные компоненты для последующей обработки сигналов от датчиков тока и напряжения. При этом резистивный шунт трансформатора тока 2 и низковольтный конденсатор делителя напряжения 4 размещены на электронной плате, устанавливаемой внутри основания, имеющего снимаемую крышку. Данная конструкция обеспечивает измерение коэффициента преобразования трансформатора тока 2 и делителя напряжения 4 в определенном диапазоне путем замены вышеуказанных электронных компонентов или электронной платы.
Развитие полезной модели предполагается возможность реализации исполнений устройства:
• с аналоговым выходом с применением только пассивных электронных компонентов обработки сигнала, не требующих внешнего питания.
• с аналоговым выходом с применением пассивных и активных аналоговых электронных компонентов обработки сигнала, требующих внешнего питания.
• с цифровым выходом с применением аналоговых и цифровых электронных компонентов обработки сигнала, включающих аналого-цифровые преобразователи и программируемые микроконтроллеры.