УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытаниях однофазных трансформаторов в качестве устройства для поверки измерительных трансформаторов тока.
Известны устройства для поверки измерительных трансформаторов тока с применением образцовых трансформаторов тока и прецизионных компараторов для измерения параметров вторичных токов поверяемого и образцового трансформаторов тока при заданных значениях тока и вторичной нагрузки.
Применение таких устройств ограничено током определенного уровня, выше которого резко возрастают вес, габариты и стоимость образцовых трансформаторов тока.
Известны измерители метрологических характеристик трансформаторов тока, выполненные с применением прецизионного компаратора первичного и вторичного тока без использования образцовых трансформаторов тока.
Недостатком таких устройств является то, что прецизионные компараторы, рассчитанные на большие уровни токов, имеют значительные массогабаритные характеристики, из-за которых затруднено их использование непосредственно на месте эксплуатации.
Наиболее близким аналогом к заявляемому в качестве полезной модели техническому решению является устройство для измерения метрологических характеристик трансформаторов тока, описанное в патенте Российской Федерации №2224266, МПК G01R 35/02, дата подачи заявки 4 сентября 2002 года, дата публикации 20 февраля 2004 года. Устройство содержит поверяемый трансформатор тока, измеритель параметров тока, согласующий трансформатор тока, буферный усилитель, токоограничивающий резистор, вспомогательный измерительный преобразователь тока, состоящий из трансформатора с компенсирующей, первичной и возбуждения обмотками, время - импульсного модулятора и демодулятора, основной измерительный преобразователь тока, состоящий из трансформатора с обмотками возбуждения, первичной и компенсирующей, время - импульсного модулятора и демодулятора, аналого-цифровой преобразователь с цифровой шиной данных, запоминающее устройство результатов измерения с цифровой шиной данных, контроллер вычисления параметров поверяемого трансформатора тока и синхронизации устройства в целом с цифровыми шинами данных, запоминающее устройство вычисления параметров поверяемого трансформатора тока с шиной данных, приемопередатчик, приемопередающая антенна и цифроаналоговый преобразователь.
В известном устройстве для измерения реакции поверяемого трансформатора тока (ПТТ) на тестовые воздействия его вторичная обмотка соединена с вторичной обмоткой согласующего токового трансформатора (СТТ), на первичную обмотку которого поступает сформированный буферным усилителем тестовый токовый сигнал. Параметры тестового тока задаются контроллером вычисления метрологических характеристик, выходная информация с которого поступает на вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП), аналоговое выходное напряжение которого усиливается по току буферным усилителем и через СТТ воздействует на ПТТ. Реакция ПТТ на воздействие тестового тока измеряется прецизионными измерительными преобразователями тока и измерителем параметров тока, выходные напряжения которых поступают на входы трехканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), цифровая информация с выхода поступает на вход первого запоминающего устройства, введенного в известное устройство для хранения в цифровом виде результатов измерения преобразователей тока и измерителя параметров тока. Цифровые данные используются контроллером для расчета метрологических характеристик и параметров первичного и тестового токов.
В известном устройстве необходимо задавать тестовый ток, соответствующий рабочему току трансформатора тока, который может быть достаточно высоким, что значительно увеличивает вес подводящих кабелей, а также требует идеального выполнения монтажных соединений и тем самым увеличивает массогабаритные характеристики устройства, а также усложняет его монтаж и снижает оперативность поверки измерительных трансформаторов тока на месте их эксплуатации при ограниченном к ним доступе.
В известном устройстве необходим дополнительный подбор элементов схемы (модуляторов, демодуляторов, резистора, трансформаторов), а также в целом требуется осуществлять значительно больше подключений, что приводит к усложнению устройства и требует большего количества времени для подготовки его к работе и соответственно приводит к снижению оперативности поверки измерительных трансформаторов тока.
Задачей заявляемого в качестве полезной модели технического решения является обеспечение оперативности поверки стационарных трансформаторов тока на месте эксплуатации при ограниченном к ним доступе, за счет упрощения схемы электрических соединений, сокращения времени поверки при одновременном снижении массогабаритных характеристик.
Поставленная задача решается тем, что устройство для поверки измерительных трансформаторов тока, содержащее поверяемый измерительный трансформатор тока, первый аналого-цифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь, первый контроллер, выходная шина данных которого связана с цифроаналоговым преобразователем, дополнительно содержит блок ввода информации, связанный шиной обмена данных с первым контроллером, шина обмена данных которого связана с первым блоком индикации, выход цифроаналогового преобразователя связан с входом усилителя мощности, один выход которого через первый вход измерительного трансформатора тока связан с входным усилителем напряжения и одним концом вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора тока, другой выход усилителя мощности связан непосредственно с входным усилителем напряжения и другим концом вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора тока, выход усилителя напряжения соединен через управляемый измерительный усилитель напряжения, второй аналого-цифровой преобразователь, шину выходного кода второго аналого-цифрового преобразователя, блок электрической развязки, шину выходных кодов первого и второго аналого-цифровых преобразователей с вторым контроллером, шина обмена данных которого связана со вторым блоком индикации, второй контроллер связан также шиной обмена данных с первым контроллером, причем блок электрической развязки связан шиной выходных кодов с первым аналого-цифровым преобразователем, входы которого соединены с выходом измерительного усилителя тока, вход которого соединен с выходом измерительного трансформатора тока, второй вход которого связан с выходом первого контроллера, связанного выходной шиной управления коэффициентом усиления с управляемым измерительным усилителем напряжения, а также выходной шиной управления пределами с измерительным усилителем тока.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фигуре 1 представлена структурная схема устройства для поверки измерительных трансформаторов тока.
Предлагаемое устройство для поверки измерительных трансформаторов тока (фиг.1) содержит блок 1 ввода информации, связанный шиной обмена данных с блоком 2 (контроллер 1), шина обмена данных которого связана с блоком индикации 3, а выходная шина данных связана с цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) 4, выход которого связан с входом усилителя мощности (УМ) 5, один выход которого через первый вход измерительного трансформатора тока 6 связан с входным усилителем напряжения 7 и одним концом вторичной обмоткой поверяемого измерительного трансформатора тока (ИТТ) 8, другой выход блока 5 связан непосредственно с входным усилителем напряжения (ВУН) 7 и другим концом вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора тока (ИТТ) 8.Выход усилителя напряжения 7 соединен через управляемый измерительный усилитель напряжения 14, второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП 2) 15, шину выходного кода второго аналого-цифрового преобразователя (АЦП 2), блок электрической развязки 11, шину выходных кодов блока 10 (АЦП 1) и блока 15 (АЦП 2) с блоком 12 (Контроллер 2), шина обмена данных которого связана со вторым блоком индикации (БИ 2) 13. Блок 12 (Контроллер 2) связан также шиной обмена данных с блоком 2(Контроллер 1), причем блок электрических развязок 11 связан шиной выходных кодов с первым аналого-цифровым преобразователем (АЦП 1) 10, входы которого соединены с выходом измерительного усилителя тока 9,первый вход которого соединен с выходом измерительного трансформатора тока 6, второй вход блока 6 связан с выходом блока 2 (Контроллер 1), связанного выходной шиной управления коэффициентом усиления с блоком 14, а также выходной шиной управления пределами с измерительным усилителем тока 9.
Блок 2 служит для формирования в цифровой форме периодического сигнала как синусоидального, так и специальной формы и может быть выполнен на микросхемах МП TMS 320VC5410, ПЛИС XCS 30XL, AT 45DB642.
Блок 4 (ЦАП) служит для преобразования цифрового сигнала, поступающего из блока 2 (Контроллер 1) в аналоговый и может быть реализован с помощью микросхем ADUM2400, AD766JM, OP27Q.
Блок 5, служащий для усиления испытательного сигнала, может быть выполнен на микросхеме OP42G,a также содержит транзисторы КГ 8101, 8102 и выходной трансформатор мощностью 150 Вт.
Блок 6 предназначен для измерения среднедействующего значения тока и может быть выполнен на микросхеме OP27G и трансформаторе тока.
Блок 7 служит для усиления малых сигналов по напряжению (менее 100mv) и может быть выполнен на микросхеме ОРА445.
Блок 14 служит для усиления и масштабирования напряжения и может быть реализован на микросхемах OP27G, OP42G и транзисторах 2SC3840 2SA1486.
Блоки 10 и 15 осуществляют преобразование в цифровой сигнал аналогового сигнала усилителей тока 9 и напряжения 14 на вход блока 12 (Контроллер 2) и могут быть выполнены на микросхемах AD977BN и OP27G.
вых
В соответствии со структурной схемой (фиг.1), устройство работает следующим образом. С помощью блока ввода информации (БВИ)1, выполненного, например, в виде клавиатуры, задают значение напряжения в пределах от 2mv до 50v, которое отображается в блоке 3 индикации. В блоке 2 (Контроллер 1) вырабатывается команда, соответствующая заданной форме и амплитуде этого испытательного напряжения. Эта команда в цифровой форме поступает на вход цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 4 и преобразуется в аналоговый сигнал, который с выхода цифро-аналогового преобразователя 4 поступает в усилитель мощности 5 и через первый выход измерительного трансформатора тока (ИТТ) 6 и входной усилитель напряжения 7 поступает на вторичную обмотку поверяемого измерительного трансформатора тока 8. Измерительный трансформатор тока 6 работает на измерительный усилитель тока 9 с идеальным входным сопротивлением 0 оМ, причем оба выполнены с возможностью переключения пределов измерения по току от 10 мкА до 300 мА (предел переключения составляет 3000).На выходе измерительного усилителя тока 9 имеем напряжение, соответствующее току, проходящему через измерительный трансформатор тока (ИТТ) 6 (U9=k x 1вх6). Напряжение с выхода измерительного усилителя тока 9 поступает на вход блока 10 (АЦП 1) и преобразуется из аналогового сигнала в цифровой сигнал, который через блок электрической развязки 11 поступает на вход блока 12 (Контроллер 2), который измеряет поступившее напряжение, соответствующее измеряемому току, сохраняет его в памяти и которое отображается на экране второго блока индикации (БИ 2) 13. Одновременно с измерением тока происходит измерение напряжения на поверяемом измерительном трансформаторе тока (ИТТ) 8, которое через входной усилитель напряжения 7 поступает на управляемый измерительный усилитель напряжения 14, с выхода которого поступает в блок 15 (АЦП 2), откуда преобразованный из аналогового в цифровой сигнал поступает в блок электрической развязки 11. Этот сигнал также измеряется в блоке 12 (Контроллер 2) и отображается на экране второго блока индикации (БИ 2) 13 как значение напряжения. Таким образом, имеем возможность оценить соответствие измеряемого тока поданному напряжению, и соответствие этих значений исходной вольтамперной характеристике. Описанное выше устройство позволяет снимать в широких пределах вольтамперные характеристики различных электрических устройств, в том числе трансформаторов тока и напряжения, а также резисторов. Блок 2 (Контроллер 1) и блок 12 (Контроллер 2) осуществляют обмен информацией, позволяющей автоматически снимать характеристики в заданных пределах, что позволяет в процессе работы выбирать оптимальный предел измерения.
Преимущество заявляемого в качестве полезной модели технического решения заключается в том, что оно обеспечивает оперативность поверки измерительных трансформаторов тока непосредственно на месте эксплуатации при ограниченном к ним доступе или при отсутствии прямого доступа за счет упрощения схемы электрических соединений и сокращении времени выполнения поверки, поскольку подключение поверяемого измерительного трансформатора тока происходит к подготовленной и единственный раз отлаженной схеме, что позволяет практически мгновенно снять вольтамперную характеристику выходной обмотки трансформатора тока с точностью до 0,5%.
Кроме того, в заявляемом в качестве полезной модели техническом решении для поверки требуется ток, соответствующий максимальному току вторичной обмотки поверяемого измерительного трансформатора тока, который в 100 раз меньше, чем ток первичной обмотки, что значительно уменьшает вес подводящих кабелей, а также не требует идеального выполнения монтажных соединений, обеспечивая при этом высокую точность измерения вольтамперной характеристики поверяемого измерительного трансформатора тока.