УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКОВ, НАПРЯЖЕНИЙ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ЦИФРОВОМУ КАНАЛУ СВЯЗИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для высокоточного измерения токов и напряжений на высоком потенциале с последующей передачей данных по цифровому каналу связи.
Из уровня техники известно устройство комбинированного трансформатора тока и напряжения для наружной установки. В данном устройстве совмещены конденсаторный трансформатор напряжения и оптический трансформатор тока, основанный на эффекте Фарадея. Устройство имеет в своем составе высоковольтный конденсатор, высоковольтный блок с трансформатором тока и передатчик, полностью находящимся под потенциалом высокого напряжения, и базовый блок с приемником, находящийся под нулевым потенциалом, при этом передатчик связан с помощью оптоволокна с приемником. Величина тока измеряется на стороне высокого напряжения трансформатором тока, измеренные значения тока преобразуется передатчиком, расположенным на стороне высокого напряжения в кодированный световой сигнал. Приемник преобразует полученный кодированный световой сигнал в величину тока. Трансформатор тока, полностью находящийся под потенциалом высокого напряжения, изолирован от потенциала земли сигнальным оптоволокном. Величина напряжения измеряется конденсаторным трансформатором напряжения и передается в приемник по медным каналам связи (патент Германии 19832707, Н01Р 38/34, 27.01.2000).
Недостатками известного устройства являются высокая стоимость трансформатора тока, основанного на эффекте Фарадея, отсутствие гальванической развязки по тракту измерения напряжения и не проработанность конструкции в схеме сопряжения с существующими устройствами измерения, защиты, учета электроэнергии.
Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является однофазное комбинированное устройство для измерения тока, напряжения и обеспечения ВЧ-связи, принятое за прототип, включающее высоковольтный конденсатор, расположенный в корпусе из изоляционного материала на котором установлен высоковольтный блок, полностью находящийся под потенциалом высокого напряжения, содержащий трансформатор тока с передатчиком и высоковольтные вводы. Базовый блок с приемником находится под нулевым потенциалом, при этом передатчик высоковольтного блока соединен с приемником базового блока через высоковольтный конденсатор и гальванически соединен с одним из высоковольтных вводов. Для питания передатчика используется автономный источник питания или мощность, необходимая для работы, передается с базового блока высокочастотным сигналом по высоковольтному конденсатору (патент РФ 2337480, H01P 38/00, 07.05.2007).
Недостатками указанного устройства являются не проработанность конструкции в схеме экранирования и питания передатчика, что приводит к искажению линейности обработки данных, а также невозможность передачи измеренных данных в соответствии со стандартом МЭК 61850-9-2LE.
Технический результат заявленного технического решения заключается в повышении точности обработки измеренных значений тока и напряжения на высоком потенциале за счет контроля термостабильности, стабилизации схемы питания и повышения электромагнитной защиты передатчика, а также передачи измеренных значений в цифровом виде в соответствии со стандартом МЭК 61850-9-2LE.
Поставленная техническая задача решается посредством того, что устройство для измерения токов, напряжений и передачи данных по цифровому каналу связи, содержащее корпус из изоляционного материала с высоковольтным конденсатором, высоковольтный блок с основным трансформатором тока, передатчиком и высоковольтным вводом, находящийся под потенциалом высокого напряжения, базовый блок с приемником, находящийся под нулевым потенциалом. Высоковольтный блок закреплен на корпусе из изоляционного материала, а передатчик высоковольтного блока соединен с приемником базового блока. Питание передатчика выполнено с возможностью передачи мощности от базового блока, причем основной трансформатор тока закреплен на высоковольтном вводе и, наряду с низковольтным выходом высоковольтного конденсатора, соединен с входами передатчика. Согласно полезной модели устройство для измерения токов, напряжений и передачи данных по цифровому каналу связи также снабжено защитным трансформатором тока, модулем питания, датчиком температуры, которые располагаются в высоковольтном блоке, оптическими каналами питания и информации, которые расположены в изоляционном корпусе, а также модулем оптической накачки и модулем питания на низком потенциале, которые закреплены в базовом блоке. Защитный трансформатор тока установлен аналогично основному трансформатору тока на высоковольтном вводе и своими выходами соединен с передатчиком. Входы питания передатчика соединены с выходом модуля питания, который посредством оптического канал питания соединен с модулем оптической накачки и посредством проводящих каналов соединен с высоковольтным плечом высоковольтного конденсатора. Модуль питания выполнен с возможностью переключения питания, а датчик температуры соединен с входом передатчика. Выход передатчика соединен с приемником посредством оптического канала информации, при этом входы питания модуля оптической накачки и приемника соединены с модулем питания на низком потенциале, выполненного с возможностью питания от сети 220 В.
Оптимально, чтобы в полезной модели приемник был выполнен с возможностью передачи информации в цифровом виде в соответствии с стандартом МЭК 61850-9-2LE.
Целесообразно, чтобы в полезной модели высоковольтный конденсатор был выполнен на основе пленочных конденсаторов с масляной пропиткой.
Уместно, чтобы в полезной модели основной и защитный трансформаторы тока были выполнены в виде катушек Роговского.
Рационально, чтобы в полезной модели высоковольтный блок был выполнен с возможностью электромагнитного экранирования передатчика.
Заявленное техническое решение поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 изображена структурная схема устройство для измерения токов, напряжений и передачи данных по цифровому каналу связи;
- на фиг.2 изображена конструкция базового блока.
Устройство для измерения токов, напряжений и передачи данных по цифровому каналу связи содержит высоковольтный блок 1, внутри которого закреплен высоковольтный ввод 2, который оснащен основным трансформатором 3 тока и защитным трансформатором 4 тока, выполненные в виде катушек Роговского, расположенные с разных концов высоковольтного ввода 2 и соединенные с передатчиком 5. Вход питания передатчика 5 соединен с модулем 6 питания, который посредством оптического канала 7 питания соединен с модулем 8 оптической накачки, при этом модуль 6 питания посредством проводников дополнительно соединен с высоковольтным плечом высоковольтного конденсатора 9. Вход высоковольтного конденсатора 9 соединен с высоковольтным вводом 2, а низковольтный выход соединен с передатчиком 5. Информационный выход передатчика 5 посредством оптического канала 10 информации соединен с приемником 11, который закреплен в базовом блоке 12, содержащем модуль 8 оптической накачки и модуль 13 питания на низком потенциале. Модуль 13 питания на низком потенциале соединен с входами питания модуля 8 оптической накачки и приемника 11. Вход передатчика 5 также соединен с датчиком 14 температуры, расположенным вблизи модуля 6 питания в высоковольтном блоке 1, который установлен на изоляционный корпус 15.
Устройство для измерения токов, напряжений и передачи данных по цифровому каналу связи работает следующим образом:
В исходном состоянии переменное напряжение 220 В частотой 50 Гц подается на вход модуля 13 питания на низком потенциале, с выходов которого осуществляется питание приемника 11 и модуля 8 оптической накачки в составе базового блока 12. В свою очередь от модуля 8 оптической накачки по оптическому каналу 7 питания передается мощность 2 Вт на модуль 6 питания, который осуществляет питание передатчика 5. С приемника 11 по оптическому каналу 10 информации передается пусковой сигнал на передатчик 5 для начала оцифровки и передачи данных.
При отсутствии тока и напряжения на высоковольтном вводе 2 с передатчика 5 посредством оптического канала 10 информации на приемник 11 передаются нулевые значения токов и напряжений. При подаче первичного рабочего напряжения и номинального тока на высоковольтный ввод 2 мощность, необходимая для питания передатчика 5, поступает от высоковольтного плеча высоковольтного конденсатора 9 на модуль 6 питания, при этом отключается питание модуля 8 оптической накачки и прерывается передача мощности 2 Вт на модуль 6 питания. От основного трансформатора 3 тока и с низковольтного выхода высоковольтного конденсатора 9 напряжения на вход приемника 5 поступают аналоговые сигналы, которые оцифровываются и преобразуются в оптические сигналы, после чего по оптическому каналу 10 информации поступают на вход приемника 11 в составе базового блока 12, где сигналы преобразуются, обрабатываются, запоминаются и выдаются в цифровом виде в соответствии с стандартом МЭК 61850-9-2LE.
В случае появления аварийного тока на высоковольтном вводе 2 от защитного трансформатора 4 тока на вход приемника 5 поступают аналоговые аварийные сигналы, которые оцифровываются и преобразуются в оптические сигналы, после чего по оптическому каналу 10 информации поступают на вход приемника 11 в составе базового блока 12, где сигналы преобразуются, обрабатываются, запоминаются и выдаются в цифровом виде в соответствии с стандартом МЭК 61850-9-2LE.
В процессе работы устройства для измерения токов, напряжений и передачи данных по цифровому каналу связи датчик 14 температуры пассивного типа непрерывно передает аналоговые сигналы, пропорциональные температуре в высоковольтном блоке 1 на передатчик 5, где они оцифровываются и преобразуются в оптические сигналы, после чего по оптическому каналу 10 информации поступают на вход приемника 11 в составе базового блока 12, где они учитываются в виде температурного коэффициента, в соответствии с которым корректируется выходной сигнал МЭК 61850-9-2LE с целью компенсации температурной погрешности передатчика 5.
Благодаря наличию защитного трансформатора 4 тока, выполненного аналогично основному трансформатору 3 тока в виде катушки Роговского, но с меньшей чувствительностью, устройство для измерения токов, напряжений и передачи данных по цифровому каналу связи имеет возможность передачи информации для цепей релейных защит и противоаварийной автоматики.
Конструкция высоковольтного блока 1 выполнена с возможностью электромагнитного экранирования за счет расположения основного трансформатора 3 тока и дополнительного трансформатора 4 тока с обеих сторон высоковольтного ввода 2, позволяя минимизировать влияние электромагнитных воздействий на передатчик 5.
За счет применения высоковольтного конденсатора 9 на основе пленочных конденсаторов с масляной пропиткой повышается чувствительность тракта измерения напряжения и исключается температурная нелинейность, вследствие чего отпадает необходимость компенсации температурной погрешности в изоляционном корпусе 15.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, позволяет повысить точность обработки измеренных значений тока и напряжения на высоком потенциале за счет применения датчика температуры в высоковольтном блоке с целью компенсации температурной погрешности передатчика, а также за счет применения делителя напряжения на основе пленочных конденсаторов с масляной пропиткой, коэффициент преобразования которых линеен в большом диапазоне температур. Благодаря проработке схемы питания и экранирования исключается нелинейность передатчика, которая может быть вызвана нестабилизированным питанием или воздействием электромагнитного излучения. За счет передачи выходного сигнала в цифровом виде в соответствии со стандартом МЭК 61850-9-2LE исключаются электромагнитные наводки на сигнальные проводники, что также повышает точность обработки измеренных значений при передаче на вторичные устройства и позволяет применять устройство для измерения токов, напряжений и передачи данных по цифровому каналу связи в цифровых подстанциях.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для высокоточного измерения токов и напряжений на высоком потенциале с последующей передачей данных по цифровому каналу связи и может найти применение на цифровых подстанциях передачи и распределения электроэнергии на высоком и сверхвысоком классах напряжения.
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.