ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
OPTICAL-ELECTRONIC CURRENT AND VOLTAGE SENSOR

Изобретение относится к электротехнике, а именно к датчикам тока и напряжения.
Известен оптико-электронный датчик тока на линиях электропередачи, за счет преобразования электрического сигнала в световой и передачи его по волоконно-оптической линии (Трансформаторы тока. В.В. Афанасьев, Н.М. Адоньев, В.М. Кибель, И.М. Сирота, Б.С. Стогний и др. Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 416 с., стр. 343).
Однако использование различных видов модуляции (амплитудной, амплитудно-частотной, частотной и др.) не позволяет сделать высокую точность сигнала с требуемым быстродействием. К тому же отсутствует возможность преобразовывать и передавать сигнал напряжения.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство (Патент №2365922 РФ, от 27.08.2009), содержащее первичный преобразователь, кодирующий блок, канал связи между стороной высокого напряжения и потенциалом земли, приемный блок и блок питания.
Недостатком данного датчика является отсутствие возможности измерения напряжения.
Задачей изобретения является уменьшение погрешности измеряемых величин тока и напряжения, возможность передачи измеряемого сигнала в диспетчерский пункт, а также получение возможности снимать сигнал со спектром частот, имеющихся в сети в том числе высоких, что с традиционными электромагнитными трансформаторами сделать невозможно.
Технический результат изобретения состоит в:
- преобразовании и передачи сигнала одновременно тока и напряжения с повышенной точностью с большим количеством выборок на период;
- преобразовании и передачи сигнала тока и сигнала о частичных разрядах от каждого изолятора воздушной линий электропередачи для их диагностики и передачи этого сигнала на подстанцию.
Данный технический результат достигается тем, что в оптико-электронном датчике тока и напряжения, в котором имеется первичный преобразователь, кодирующий блок, канал связи между стороной высокого напряжения и потенциалом земли, приемный блок и блок питания в виде канала передачи энергии со стороны потенциала земли, состоящий из батареи светоизлучателей, силовых оптических каналов, батареи фотоприемников и стабилизатора напряжения, дополнительно в качестве первичного преобразователя для тока используется шунт, включенный в рассечку линии электропередачи, а для напряжения - резистивный делитель напряжения, состоящий из низкоомного резистора одним концом подключенный к проводу линии электропередачи, а другим - к группе последовательно соединенных высокоомных резисторов, последний из которых прикреплен к траверсе линии электропередачи, кодирующий блок выполнен в виде двух аналого-цифровых преобразователей (АЦП), вход первого АЦП подключен к шунту, вход второго АЦП подключен к низкоомному резистору, общей точкой подключения АЦП является точка соединения шунта и низкоомного резистора, а выходы АЦП подключены ко входам преобразователей параллельного цифрового кода в последовательный, к которым подключены излучающие светодиоды, подающие световые сигналы в волоконно-оптические каналы связи, другие их концы подключены к соответствующим приемным блокам.
На фиг. 1 показана структурная схема оптико-электронного датчика тока и напряжения.
Оптико-электронный датчик тока и напряжения содержит траверсу линии электропередачи 1, высокоомные резисторы делителя напряжения 2, провод линии электропередачи 3, низкоомный резистор 4, шунт 5, АЦП 6, преобразователь параллельного цифрового кода в последовательный 7, излучающие светодиоды 8, волоконно-оптический канал связи 9, приемные блоки 10, батарея фотоприемников и стабилизатора напряжения 11, батарея светоизлучателей 12.
Основной принцип работы оптико-электронного датчика тока и напряжения заключается в следующем.
При протекании измеряемого тока линии электропередачи через шунт 5 на нем появляется падение напряжения пропорциональное измеряемому току, которое подается на вход первого АЦП 6. Аналогично через соединенные резисторы 2 и 4 протекает ток, которые на резисторе 4 создают падение напряжения пропорциональное измеряемому напряжению линии электропередачи, которое подается на вход второго АЦП 6. На выходах АЦП появляются сигналы в параллельном цифровом коде, которые поступают в преобразователь параллельного цифрового кода в последовательный 7. Эти сигналы в с помощью излучающих светодиодов 8, через волоконно-оптический канал связи 9 поступает в приемник 10.
Блок питания 12 имеют батареи светоизлучателей, которые преобразуют электрическую энергию в энергетический световой поток. По дополнительным оптическим каналам связи 9, которые также обеспечивают основную изоляцию и гальваническую развязку между высоким напряжением цепи с измеряемым током и потенциалом земли, энергетический световой поток направляется в батарею фотоэлементов 11. Батарея фотоэлементов 11 преобразует энергетический световой поток в электрическую энергию. Блок питания 12 служит также для питания приемного блока 10.
Таким образом, разработанный датчик обеспечивает измерение величины тока и напряжения с повышенной точностью за счет малых погрешностей и безинерционных резистивных шунтов и делителей, способных передавать пропорционально высокочастотные частичные разряды без искажения формы сигналов.
Технико-экономическая эффективность заключается в экономии материальных ресурсов, а именно меди и проката черных металлов, необходимых для производства трансформаторов тока и напряжения, а также возможность отслеживания текущего состояния каждого изолятора линии электропередачи, через соединенные резисторы 2 и 4 протекает ток, которые на резисторе 4 создают падение напряжения пропорциональное измеряемому напряжению линии электропередачи, которое подается на вход второго АЦП 6. На выходах АЦП появляется сигналы в параллельном цифровом коде, которые поступают в преобразователь параллельного цифрового кода в последовательный 7. Эти сигналы с помощью излучающих светодиодов 8 через волоконно-оптический канал связи 9 поступают в приемник 10.
Блок питания 12 имеют батареи светоизлучателей, которые преобразуют электрическую энергию в энергетический световой поток. По дополнительным оптическим каналам связи 9, которые также обеспечивают основную изоляцию и гальваническую развязку между высоким напряжением цепи с измеряемым током и потенциалом земли, энергетический световой поток направляется в батарею фотоэлементов 11. Батарея фотоэлементов 11 преобразует энергетический световой поток в электрическую энергию. Блок питания 12 служит также для питания приемного блока 10.
Оптико-электронный датчик тока и напряжения, в котором в качестве первичного преобразователя для тока используют шунт, включенный в рассечку линии электропередачи, а для напряжения - низкоомного резистора делителя напряжения, подключенный между изолятором, прикрепленного к траверсе, и проводом линии электропередачи, кодирующий блок выполнен в виде АЦП, входы которого подключены к шунту и низкоомному резистору делителя напряжения, а выход АЦП подключен ко входу преобразователя параллельного цифрового кода в последовательный, к которому подключен излучающий светодиод, подающий световой сигнал в волоконно-оптический канал связи, другой его конец подключен к приемному блоку работает следующим образом.
При протекании токов утечек через высоковольтные изоляторы линии электропередачи 13 на резисторе 4 создает падение напряжения пропорциональное этим токам. Как известно, токи утечки пропорциональны частичным разрядам, возникаемым в диэлектриках. Поэтому по сути на резисторе снимается сигнал о частичных разрядах данного высоковольтного изолятора линии электропередачи 13. Этот сигнал подается на вход первого АЦП 6. На его выходе появляется сигнал в параллельном цифровом коде, который поступают в преобразователь параллельного цифрового кода в последовательный 7. Этот сигнал с помощью излучающих светодиодов 8, через волоконно-оптический канал связи 9 поступает в приемник 10. Этот приемник может располагаться на подстанции, и, принимая такие сигналы от каждого высоковольтного изолятора линии электропередачи, можно судить о состоянии изоляции всей линии электропередачи.
Таким образом, разработанный датчик обеспечивает измерение величины тока, напряжения и состояние изоляции по токам утечек с повышенной точностью за счет малых погрешностей и безинерционных резистивных шунтов и делителей, способных передавать пропорционально высокочастотные частичные разряды без искажения формы сигналов.
Технико-экономическая эффективность заключается в экономии материальных ресурсов, а именно меди и проката черных металлов, необходимых для производства трансформаторов тока и напряжения, а также возможность отслеживания текущего состояния каждого изолятора линии электропередачи.