Измерительный шунт

Область техники
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к конструкции специализированных шунтов для счетчиков электрической энергии и других электронных измерительных приборов.
Уровень техники
Известен противодействующий переменному электромагнитному полю медно-марганцевый шунт, который главным образом содержит медно-марганцевый резистивный элемент, два элемента для электромонтажа, соответственно подсоединенные к двум сторонам медно-марганцевого резистивного элемента, две точки выборки, соответственно расположенные на элементах для электромонтажа, подсоединенных к двум сторонам медно-марганцевого резистивного элемента, два провода выборки, соответственно подсоединенные к двум точкам выборки, одну точку измерения данных, расположенную на одном из указанных элементов для электромонтажа, провод измерения данных, подсоединенный к точке измерения данных, в котором медно-марганцевый резистивный элемент разделен на две эквивалентные части, отделенные друг от друга изолятором, причем один провод выборки проходит поверх указанного медно-марганцевого резистора с последующим скручиванием и выходом наружу вместе с другим проводом выборки (патент РФ на изобретение №2574317, приоритет - 09.07.2012). Недостатком этого изобретения является усложнение конструкции шунта, вызванное разделением резистивного элемента шунта на две части, и недостаточная устойчивость к внешним магнитным полям, связанная с наличием зазора между плоскостью резистивного элемента и проводящей частью провода выборки (соединительного проводника), проходящей поверх резистивного элемента.
Известен измерительный шунт, содержащий токовые наконечники Г-образной или иной формы для присоединения к цепи измеряемого тока, резистивный элемент, заземляющий и два потенциальных безрезьбовых вывода для присоединения проводников, соединяющих шунт с измерительным устройством, в котором потенциальные выводы размещены на продольной оси плоской части резистивного элемента (патент РФ на полезную модель №121397). В этом шунте один из потенциальных соединительных проводников имеет часть, которая на промежутке между потенциальными выводами шунта приближена к поверхности резистивного элемента и расположена по его продольной оси. Недостатком этой полезной модели является возможность наведения напряжения при воздействии сильного внешнего магнитного поля, связанная, как и в предыдущем техническом решении, с наличием зазора между резистивным элементом и проводящей частью потенциального соединительного проводника, приближенной к поверхности резистивного элемента.
Указанные шунты имеют высокую степень защиты от воздействия помех, наводимых измеряемым током, и внешних электромагнитных помех, увеличивающих погрешность измерения тока. Однако мошенники с целью хищения электрической энергии могут использовать мощные электромагниты переменного тока, которые способны исказить сигнал, получаемый от резистивного элемента.
Конструкция шунта по полезной модели РФ №121397 является наиболее близкой к предлагаемой полезной модели и принята в качестве ближайшего аналога.
Раскрытие полезной модели
Основной задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании такой конструкции измерительного шунта, которая обеспечивает более высокую точность измерения тока и защиту от хищений.
Технический результат заключается в снижении влияния электромагнитных помех на точность измерения тока.
Технический результат достигается тем, что в измерительном шунте содержащем токовые наконечники, резистивный элемент в виде пластины, потенциальные выводы для присоединения потенциальных проводников, соединяющих шунт с измерительным устройством, при этом один из потенциальных проводников в промежутке от одного вывода до зоны размещения второго вывода проходит по продольной оси резистивного элемента, потенциальные выводы размещены с разных сторон резистивного элемента, в котором выполнено отверстие, расположенное на продольной оси, а указанный потенциальный проводник пропущен через это отверстие.
Признаки полезной модели, совпадающие с признаками прототипа, следующие: измерительный шунт содержит токовые наконечники, резистивный элемент, выполненный в виде пластины, потенциальные выводы для присоединения потенциальных проводников, соединяющих шунт с измерительным устройством, при этом один из потенциальных проводников в промежутке от одного вывода до зоны размещения второго вывода проходит по продольной оси резистивного элемента.
Признаки, отличительные от наиболее близкого аналога, следующие: потенциальные выводы размещены с разных сторон резистивного элемента, в котором выполнено отверстие, расположенное на продольной оси, а указанный потенциальный проводник пропущен через это отверстие.
Частные случаи выполнения полезной модели следующие: отверстие размещено посередине между потенциальными выводами; отверстие имеет скосы для укладки потенциального проводника; на потенциальные выводы нанесены риски, показывающие оптимальное положение присоединяемых потенциальных проводников; один, по меньшей мере, потенциальный вывод размещен на указанной продольной оси; на токовом наконечнике сделан выступ для крепления потенциальных проводников; потенциальные проводники скручены между собой, начиная от зоны их совместного размещения.
Краткое описание чертежей
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фигуре 1 показан измерительный шунт, на фигуре 2 представлен разрез шунта по продольной оси резистивного элемента.
На чертежах приняты следующие обозначения: токовые наконечники 1 и 2, резистивный элемент 3, вывод 4, потенциальные выводы 5 и 6, проводник 7, потенциальные проводники 8 и 9, отверстие 10.
Осуществление полезной модели
Шунт содержит токовые наконечники 1 и 2, резистивный элемент 3, вывод 4 для подключения проводника 7 цепи напряжения и два потенциальных вывода 5 и 6 для присоединения потенциальных проводников 8 и 9. Потенциальные выводы 5 и 6 размещены с разных сторон резистивного элемента 3, потенциальный проводник 8 имеет часть, которая проходит через отверстие 10, выполненное в резистивном элементе 3.
Шунт работает следующим образом. Шунт подключают в цепь с контролируемым током с помощью токовых наконечников 1 и 2. При протекании тока напряжение резистивного элемента 3, пропорциональное контролируемому току, подается для последующей обработки к цепи тока измерительного устройства (измерительное устройство на рисунках не показано) с помощью потенциальных проводников 8 и 9. К цепи напряжения измерительного устройства с помощью проводника 7, присоединенного к выводу 4, подается соответствующий сигнал (потенциал фазы, нейтрали).
При воздействии внешнего магнитного поля на часть шунта, образованную резистивным элементом 3 и частью потенциального проводника 8, расположенной между потенциальными выводами 5 и 6, индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Эта ЭДС зависит от расположения указанной части потенциального проводника 8 относительно продольной оси резистивного элемента 3, для уменьшения ЭДС обеспечивают наименьшее смещение между ними. Индуцированная ЭДС зависит и от площади контура, образованного резистивным элементом 3 и токопроводящей жилой потенциального проводника 8, а эта площадь зависит от толщины изоляции потенциального проводника 8, от плотности прилегания потенциального проводника 8 к резистивному элементу 3. Наведенная ЭДС искажает полезный сигнал резистивного элемента 3, тем самым снижает точность измерения контролируемого тока.
Согласно предлагаемой полезной модели потенциальный проводник 8 в промежутке от вывода 5 до зоны размещения вывода 6 проходит по продольной оси резистивного элемента 3, при этом потенциальные выводы 5 и 6 размещены с разных сторон резистивного элемента 3, на продольной оси которого выполнено отверстие 10, а через отверстие 10 пропущен потенциальный проводник 8. Так как потенциальный проводник 8 в промежутке от потенциального вывода 5 до зоны размещения потенциального вывода 6 проходит через отверстие 10, то эта часть потенциального проводника 8 и резистивный элемент 3 образует два витка, один из которых расположен на одной стороне резистивного элемента 3, другой виток - на противоположной стороне резистивного элемента 3. Такое расположение витков приводит к тому, что ЭДС, индуктированные внешним магнитным полем на этих витках, будут направлены встречно. Если отверстие 10 размещено посередине между потенциальными выводами 5 и 6, то ЭДС, наводимые в каждом витке, будут компенсировать друг друга. Кроме того, отверстие 10 увеличивает количество точек крепления потенциального проводника 8, что повышает плотность его прилегания к поверхности резистивного элемента 3. Отверстие 10 может быть круглым, овальным, прямоугольным. Иногда, в связи с возможным размещением потенциального проводника 8 до места начала его скручивания с потенциальным проводником 9, отличающимся от оптимального, наибольшую компенсацию индуктируемых ЭДС можно получить при некотором смещении отверстия 10 от середины расстояния между потенциальными выводами 5 и 6.
Дополнительное снижение помех обеспечивает выполнение скосов в отверстии 10, при этом скосы служат для укладки потенциального проводника 8 и обеспечивают более плотное прилегание потенциального проводника 8 к резистивному элементу 3, что снижает индуктированные ЭДС, так как уменьшается площадь витков, образованных потенциальным проводником 8.
Оптимальную ориентацию потенциальных проводников 8 и 9 обеспечивают риски, которые наносят на потенциальные выводы 5 и 6. При конструктивном выполнении шунта, показанном на фигурах 1 и 2, риска на потенциальном выводе 5 перпендикулярна продольной оси резистивного элемента 3, риска на потенциальном выводе 6 - совпадает с этой осью.
Потенциальный вывод 6 (с риской или без нее) следует, предпочтительно, размещать на продольной оси резистивного элемента 3, а потенциальный вывод 5, если он будет препятствовать плотному прилеганию потенциального проводника 8 к резистивному элементу 3, может быть смещен от оси в разумных пределах.
На токовом наконечнике 2 целесообразно сделать выступ, аналогичный выводу 4 для подключения проводника 7, который служит для крепления к шунту потенциальных проводников 8 и 9, что обеспечивает более плотное прижатие к поверхности шунта и большую жесткость положения в пространстве потенциального проводника 8 до места его скручивания с потенциальным проводником 9.
Потенциальные проводники 8 и 9, начиная от зоны размещения потенциального вывода 5, скручены между собой, что снижает ЭДС, индуктированную в них.
Предлагаемая конструкция измерительного шунта позволяет снизить влияние электромагнитных полей на точность измерения тока, что имеет большое значение при эксплуатации счетчиков электроэнергии и других электронных устройств с широким диапазоном измеряемых токов (от нескольких миллиампер до сотен ампер).