ТРАНСФОРМАТОР ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ПОДВЕСНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ
SUPPLY SOURCE TRANSFORMER FOR SUSPENDED MEASURING SENSORS

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к устройству трансформатора источника питания подвесных измерительных датчиков, устанавливаемых на высоковольтные линии электропередачи.
Уровень техники.
Известен «СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В РАЗВЕТВЛЕННОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ, СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА МЕЖДУФАЗНОГО КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В РАЗВЕТВЛЕННОЙ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ» по патенту РФ №2372624, МПК G01R 31/08, 10.11.2009, в котором для питания подвесного датчика, устанавливаемого на высоковольтные линии электропередачи, используют блок вторичного электропитания на основе магнитно-связанного с высоковольтной L сетью низковольтного питающего трансформатора тока.
Недостаток данного решения состоит в том, что ток в линии электропередачи изменяется в широких пределах, например от 1 до 1000 ампер. При этом выходное напряжение питающего трансформатора тока также будет изменяться в широких пределах, и это может повредить схему датчика.
Известен «ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ» по патенту РФ №2316074, МПК Н01Н 47/22, 27.01.2008, принятый за прототип, в котором для работы источника питания в широком диапазоне токов трансформатор питания выполнен с возможностью функционирования таким образом, что он насыщается на каждом полуцикле тока сети, а пики насыщения вторичного напряжения вторичной цепи трансформатора выпрямляются для получения энергии постоянного тока.
Преимущество изобретения заключается в том, что трансформатор, работающий в режиме насыщения, может быть выполнен с небольшими размерами. Число витков трансформатора может быть небольшим, в особенности число витков первичной обмотки. В этом случае размеры трансформатора также значительно меньше размеров обычно используемых трансформаторов. Другое преимущество изобретения состоит в том, что один трансформатор может быть использован для широкого диапазона нагрузок, такого как 25 Вт-3,7 кВт. В этом случае токи нагрузки могут составлять от 100 мА до 16 A. Это связано с тем, что при работе в режиме насыщения, выходное напряжение трансформатора почти не изменяется при изменении тока первичной обмотки в широких пределах и определяется свойствами магнитопровода трансформатора (сечение, намагниченность насыщения).
Недостатком данного решения является то, что подвесные измерительные датчики, устанавливаемые на высоковольтные линии электропередачи, обычно подвешивают рядом с проводом линии электропередачи, и магнитопровод трансформатора питания не охватывает провод линии электропередачи.
Раскрытие изобретения.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в устранении недостатков известных источников питания для применения на подвесных измерительных датчиках, устанавливаемых на высоковольтные линии электропередачи.
Технический результат достигается тем, что в трансформаторе источника питания подвесных измерительных датчиков, устанавливаемых на высоковольтные линии электропередачи, при этом трансформатор источника питания расположен рядом с проводом линии электропередачи и работает в режиме насыщения, согласно заявляемому изобретению, магнитопровод трансформатора состоит из двух плоскостей, соединенных узкой перемычкой, плоскости расположены поперек силовым линиям магнитного поля тока, текущего по проводу линии электропередачи, который является первичной обмоткой трансформатора, а вторичная обмотка трансформатора намотана на перемычке.
Таким образом, согласно предлагаемому трансформатору источника питания подвесных измерительных датчиков, устанавливаемых на высоковольтные линии электропередачи, для обеспечения магнитной связи с проводом линии электропередачи, трансформатор питания расположен рядом с проводом линии электропередачи и при функционировании трансформатора обеспечивают его насыщение на каждом полуцикле тока сети, а пики насыщения вторичного напряжения вторичной цепи трансформатора выпрямляют для получения энергии постоянного тока для питания подвесных измерительных датчиков. При этом магнитопровод трансформатора изготавливают из двух плоскостей, соединенных узкой перемычкой. Плоскости служат для сбора магнитных силовых линий, и их располагают поперек силовым линиям магнитного поля тока, текущего по проводу линии электропередачи, который является первичной обмоткой трансформатора. Перемычка осуществляет магнитную связь между двумя плоскостями, и на перемычке намотана вторичная обмотка трансформатора. Силовые линии магнитного поля тока провода линии электропередачи входят в первую плоскость сердечника, проходят по перемычке сердечника и выходят из второй плоскости сердечника. Соответственно за счет подбора соотношения площадей плоскостей сердечника и площади поперечного сечения перемычки сердечника выбирают режим работы трансформатора, а именно режим насыщения магнитопровода трансформатора.
Осуществление изобретения.
Изобретение относится к устройству трансформатора источника питания для подвесных измерительных датчиков, устанавливаемых на высоковольтные линии электропередачи.
На фиг.1 представлен трансформатор источника питания подвесных измерительных датчиков (поперечное сечение, поперек провода линии электропередачи и сердечника трансформатора).
Как показано на фиг.1, рядом с проводом 1 высоковольтной линии электропередачи расположен трансформатор питания подвесного измерительного датчика.
Отличием предлагаемого трансформатора источника питания подвесных измерительных датчиков является то, что магнитопровод трансформатора состоит из двух плоскостей 2 и 3, соединенных узкой перемычкой 4 для осуществления магнитной связи.
Плоскости 2 и 3 расположены поперек силовым линиям магнитного поля тока, текущего по проводу 1 линии электропередачи, который является первичной обмоткой трансформатора, а вторичная обмотка 5 трансформатора намотана на перемычке 4.
Таким образом, провод 1 линии электропередачи служит первичной обмоткой трансформатора, вторичная обмотка которого 5 намотана на перемычку 4. Плоскости 2 и 3 расположены поперек магнитному полю тока, протекающего по проводу 1 линии электропередачи, причем силовые линии 6 магнитного поля входят в одну плоскость 3, проходят по перемычке 4, а выходят силовые линии 7 магнитного поля из другой плоскости 2.
На фиг.1 плоскости 2 и 3 нарисованы как имеющие одну толщину плоскостей. Для уменьшения магнитного сопротивления толщину плоскостей 2 и 3 можно увеличивать от краев к месту соединения с перемычкой 4.
Трансформатор имеет две характерные площади: S1 - площадь плоскостей 2 и 3 и площадь S2 поперечного сечения перемычки 4. Магнитное поле H тока, протекающего по проводу 1 линии электропередачи, создает в плоскостях 2 и 3 индукцию В магнитного поля, равную:
В1=Р·Н, где P - коэффициентом магнитной проницаемости материала плоскостей 2 и 3, перемычки 4.
За счет разности площадей S1 и S2 индукция В2 магнитного поля в перемычке 4 будет больше:
B2=B1·(S2/S1)=P·H·(S2/S1).
Изменяя соотношение (S2/S1) можно изменять индукцию магнитного поля в перемычке 4, доводя до насыщения при достаточно малых магнитных полях H тока, протекающего по проводу 1 линии электропередачи.
При работе в режиме насыщения выходное напряжение трансформатора питания для подвесных измерительных датчиков, устанавливаемых на высоковольтные линии электропередачи, почти не изменяется при изменении тока протекающего по проводу 1 линии электропередачи в широких пределах и определяется свойствами магнитопровода трансформатора (сечение, плотность потока насыщения).
В качестве материала сердечника трансформатора выбирают материал с высоким коэффициентом магнитной проницаемости Р. К таким материалам относятся среди прочих чистое железо (Р=180000) и некоторые сплавы железа с никелем, такие как пермаллой (Р=100000). Одним из имеющихся на рынке материалов, пригодных в качестве материала для сердечника трансформатора, является материал марки NANOPERM™. Плотность потока насыщения этого материала составляет 1,2 Т, а максимальная магнитная проницаемость - 80000.