ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА

Полезная модель относится к электроэнергетике, а именно к конструкции первичных преобразователей тока, и может быть использована для измерения постоянного и переменного токов.
Примером дифференцирующих индукционных преобразователей тока является так называемая катушка Роговского (https://ru.wikipedia.org/wiki/Пояс_Роговского), которую можно изготавливать в соответствии с разными компоновками. Одним широко используемым типом катушки Роговского является катушка Роговского, содержащая один слой провода, намотанного вокруг жесткого тороидального сердечника, выполненного из немагнитного материала.
Известен пояс Роговского (Патент на изобретение РФ №2360259, МПК G01R 19/00, 2009 г.), включающий неферромагнитный каркас и обмотку, содержащую витковые секции с плоскими спиральными катушками, расположенными равномерно по всей длине пояса Роговского и соединенными последовательно, при этом витковые секции с плоскими спиральными катушками выполнены в виде печатных плат и расположены с внешней стороны неферромагнитного каркаса в пазах кросс-плат, установленных на неферромагнитном каркасе с его внешней стороны, при этом, по меньшей мере, на одной из кросс-плат расположены проводники для последовательного соединения между собой спиральных катушек витковых секций.
Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности точного измерения апериодической составляющей тока короткого замыкания и невозможность измерения постоянных токов.
Известен датчик тока и напряжения (Патент на изобретение РФ №2371729, МПК G01R 19/00, 2009 г.), указанный датчик (индуктивный пояс Роговского), выполненный в виде тороидальной катушки индуктивности, намотанной на изоляционном каркасе, размещенной в кольцевой проточке на одном из рабочих электродов высоковольтной установки или линии передачи, прикрытой металлической крышкой и соединенной с рабочим электродом одним своим выводом напрямую, а другим выводом - через резистивную нагрузку, при этом металлическая крышка изолирована от рабочего электрода и соединена с рабочим электродом через емкостную нагрузку.
Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности точного измерения апериодической составляющей тока короткого замыкания и невозможность измерения постоянных токов.
Известна катушка дифференцирующего индукционного преобразователя тока (ДИПТ) (Патент на изобретение РФ №2643160, MПK H01F 38/32, Н02Н 7/045, 2018 г.), указанная катушка охватывает изолятор ввода в какое-либо электрооборудование: выключатель, силовой трансформатор или другое. Шина ввода является проводником, по которому проходит измеряемый ток. Катушка ДИПТ содержит несущий тороид, выполненный на основе эластичной трубки из диэлектрического материала, стыковочные поверхности которой плотно соединены одна с другой при установке катушки ДИПТ на соединительную втулку изолятора ввода. N одинаковых секционных круговых соленоидов имеют однослойные обмотки. Обмоточные соединители с разъемными контактами и (n-1) соединительных муфт выполнены из жесткого изоляционного материала и прикреплены к несущему тороиду. Каждая из соединительных муфт снабжена двумя имеющими форму кругового цилиндра шипами, первый шип m-й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса m-го соленоида, а второй шип m-й муфты - с цилиндрическим отверстием каркаса (m+1)-го соленоида. Секционные муфты равномерно распределены вдоль осевой линии несущего соленоида. Обратный провод проходит внутри катушки через сквозные цилиндрические каналы соединительных муфт в направлении, обратном по отношению к продольной осевой линии катушки. Начало обратного провода подключено к концу обмотки n-го соленоида. Начало обмотки первого соленоида и конец обратного провода соединены с зажимами катушки.
Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности точного измерения апериодической составляющей тока короткого замыкания и невозможность измерения постоянных токов.
Известна катушка Роговского (Патент на полезную модель РФ №109866, МПК G01R 19/00 (2006.01), 2011 г.), выполненная в виде двух обмоток, при этом первая обмотка намотана в одном направлении на первом неферромагнитном каркасе с фиксированным сечением и фиксированной плотностью намотки, а вторая обмотка намотана в противоположном направлении на втором неферромагнитном каркасе с фиксированным сечением и фиксированной плотностью намотки, причем напряжение, наведенное в катушке, измеряется на концах соединенных последовательно обмоток.
Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности точного измерения апериодической составляющей тока короткого замыкания и невозможность измерения постоянных токов.
Известен измерительный преобразователь тока (Патент на полезную модель РФ №137960, МПК G01R 19/00, 2013 г.), содержащий последовательность катушек с намотанными на них обмотками, причем центральные оси симметрии катушек лежат в плоскости круга, образованного катушками, а их середины касаются одной и той же окружности, кроме того соседние катушки механически соединены между собой с помощью подвижного соединения и электрически путем соединения начала обмотки очередной катушки с концом обмотки предыдущей катушки, а конец обмотки последней катушки соединен с началом обратного провода, проходящего по поверхности катушек в начало последовательности, первые и последние слои обмоток всех катушек соединены между собой и изолированы от других обмоток, являясь экраном. Преобразователь выполнен из первой и второй симметричных половин, которые выполнены выше указанным образом, каждая расположена в своем корпусе из немагнитного материала, имеющем форму полого полукольца, причем корпуса выполнены с возможностью разъединения и соединения за счет разъемных соединений, кроме того первым выводом преобразователя является начало первой обмотки первой последовательности обмоток первой половины преобразователя, вторым выводом является конец обратного провода второй последовательности обмоток второй половины преобразователя, а начало первой обмотки второй последовательности соединено с концом обратного провода первой последовательности, экраны первой и второй половин преобразователя связаны между собой и являются третьим выводом преобразователя.
Известен ПЕРЕНОСНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОКОВ (Патент на изобретение РФ №2006043, МПК G01R 19/00, 1994 г.) принятый за прототип, содержащий обмотку, размещенную на разъемном неферромагнитном каркасе, выполненном из двух рычагов, соединенных шарниром, и регистрирующий прибор, снабженный саморазмыкающейся кнопкой и интегратором в виде операционного усилителя с конденсатором в цепи обратной связи, причем выводы обмотки подключены к входам интегратора, выход которого подключен к входам регистрирующего прибора, а саморазмыкающаяся кнопка подключена параллельно конденсатору интегратора.
Недостатком устройства, является низкая точность измерений из-за отсутствия возможности точного измерения апериодической составляющей тока короткого замыкания.
Технический результат заключается в создании первичного преобразователя тока, обеспечивающего точные измерения переменных и постоянных токов, в том числе апериодических составляющих токов короткого замыкания.
Технический результат достигается тем, что в первичном преобразователе тока, в виде катушки Роговского, состоящей из разъемного тороидального неферромагнитного сердечника и обмотки, сердечник выполнен из двух частей, на каждой из которых размещен минимум один датчик постоянного тока и минимум один датчик температуры, расположенные в пазах, выполненных в сердечнике, каждый датчик постоянного тока установлен в паре с датчиком температуры, при этом выводы датчиков постоянного тока и выводы датчиков температуры подключены к блоку обработки сигналов экранированными проводами, размещенными в каналах, выполненных в сердечнике, а обмотка выполнена из двух частей соединенных согласно и также подключена к блоку обработки сигналов.
На фиг. 1 схематично изображен первичный преобразователь тока, на фиг. 2 изображена часть сердечника первичного преобразователя тока.
Первичный преобразователь тока, в виде катушки Роговского, содержит разъемный тороидальный неферромагнитный сердечник 1 и обмотку 2. Сердечник 1 выполнен из двух частей 3. На каждой из частей 3 размещен минимум один датчик постоянного тока 4 и минимум один датчик температуры 5, расположенные в пазах 6, выполненных в сердечнике 1. Каждый датчик постоянного тока 4 установлен в паре с датчиком температуры 5. Выводы датчиков постоянного тока 4 и выводы датчиков температуры 5 подключены к блоку обработки сигналов экранированными проводами, размещенными в каналах 7, выполненных в сердечнике 1, например, способом фрезеровки. В качестве датчиков постоянного тока применяют магнитотранзисторы, магниторезисторы, датчики Холла и т.п. Обмотка 2 выполнена из двух частей, соединенных согласно. Выводы обмотки 2, датчиков постоянного тока 4, датчиков температуры 5 выполнены с возможностью подключения к блоку обработки сигналов.
Использование датчиков постоянного тока позволяет измерять постоянные токи и апериодические составляющие в токах короткого замыкания. Недостатком любых гальваномагнитных датчиков (магнитотранзисторы, магниторезисторы, датчики Холла и т.д.) является зависимость амплитудной погрешности от температуры. Для исключения данного недостатка в заявляемом первичном преобразователе тока используют в паре с датчиком постоянного тока 4 датчик температуры 5. Каждый датчик температуры 5 снимает тепловые характеристики первичного преобразователя тока, которые используются для корректировки температурной погрешности парного датчика постоянного тока 4 в процессе эксплуатации (в режиме реального времени). При этом следует отметить, что катушки Роговского не имеют зависимости погрешности от температуры и имеют множество описанных в литературе достоинств.
Первичный преобразователь тока работает следующим образом. При протекании электрического тока по токопроводу, который охватывает сердечник 1 в обмотке 2 наводится ЭДС, пропорциональна изменению тока I(t) в объекте измерения (токопроводе):
где L - индуктивность, N - количество витков.
На выходе датчиков постоянного тока 4 появляется напряжение, пропорциональное протекаемому току. Полученные сигналы поступают на блок обработки сигналов, где происходит их обработка, в том числе корректировка сигнала каждого датчика постоянного тока 4 по температуре, измеренной при помощи установленного в паре с ним датчика температуры 5, и формирование обобщенного сигнала в аналоговой или цифровой формах.
Изготовленный экспериментальный образец первичного преобразователя тока по результатам исследовательских испытаний показал работоспособность предложенной конструкции. Результаты испытаний в целом подтвердили точность измерений переменных и постоянных токов, в том числе апериодических составляющих токов короткого замыкания.