УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к электрическому высоковольтному оборудованию для масштабного преобразования тока и напряжения до величин, пригодных для измерения стандартными электроизмерительными приборами.
Электрическое высоковольтное оборудование для масштабного преобразования тока и напряжения, известные в настоящее время это классические электромагнитные трансформаторы тока и напряжения, а также делители напряжения, описание которых можно найти, например, в следующих источниках:
1. Барзилович В.М. Высоковольтные трансформаторы тока. Л.: «Госэнергоиздат», 1962 г.
2. Бачурин Н.И. Трансформаторы тока. Л.: «Энергия», 1964 г.
3. Вавин В.Н. Трансформаторы тока. М.: «Энергия», 1966 г.
4. Вавин В.Н. Трансформаторы напряжения и их вторичные цепи. 2-е изд. -М.: «Энергия», 1977 г.
5. Трансформаторы тока / В.В. Афанасьев, Н.М. Адоньев, В.М. Кибель и др. - 2-е изд., - Л.: «Энергоатомиздат». Ленингр. Отд., 1989 г.
К более современным разработкам электрического высоковольтного оборудования для масштабного преобразования величин тока и. напряжения относятся преобразователи, с измерением тока и напряжения на основе эффектов Фарадея и Поккельса, например, преобразователь типа NXVCT производства фирмы "NxtPhase T&D Corporation", описание которого приведено в следующем источнике:
6. Ссылка в сети интернет:
http://pro-ln.ru/ru/production_services/nxvct.html.
Также к более современному оборудованию относятся преобразователи с измерение тока и напряжения на основе эффекта Холла, например датчики типов NCS или ES производства концерна ABB, описание которого приведено в следующем источнике:
7. Ссылка в сети интернет:
http://fmccgroup.ru/products/protecting_measuring/sensors.
Так же общеизвестны преобразователи тока и напряжения, включающие классические трансформаторы тока и делители напряжения, с дальнейшей передачей и преобразованием информации об измеряемом токе и напряжении по оптическим каналам связи, при этом оптический канал одновременно служит изоляцией от высокого напряжения и гальванической развязкой. Такие преобразователи известны из следующих источников:
8. Патент РФ на полезную модель №100284 «Устройство измерения и обработки электрических величин в цепях с полной гальванической развязкой»;
9. Патент РФ на изобретение №2365922 «Оптико-электронный датчик тока»;
10. Патент РФ на изобретение №2516034 «Устройство измерения тока и напряжения в высоковольтной сети».
Наиболее близким по технической сущности к патентуемому устройству следует считать преобразователь, описанный в последнем источнике.
Описанное устройство содержит:
- Первичный масштабный преобразователь тока (электромагнитный преобразователь тока или токовый шунт);
- Первичный масштабный преобразователь напряжения (высокоомный делитель напряжения) с выводами на сторону высокого потенциала;
- Аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом преобразованного сигнала;
- Блок питания;
- Быстронасыщающийся трансформатор тока;
- Дополнительную обмотку быстронасыщающегося трансформатора тока;
- Триггерное устройство с электромеханическим или электронным ключом;
- Изоляционную конструкцию (изолятор);
- Световод (оптическое стеклянное волокно);
- Приемное устройство.
При протекании тока высокого напряжения, происходит измерение тока с помощью первичного масштабного преобразователя тока, и измерение напряжения с помощью высокоомного делителя напряжения. Измеренные величины передаются в аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом, где происходит кодирование сигнала и передача его по световоду на сторону низкого потенциала с последующей расшифровкой в приемном устройстве.
Блок питания получает энергию от высоковольтной сети через быстронасыщающийся трансформатор. При пропадании тока в высоковольтной сети, и наличия высокого напряжения, триггерное устройство подключает дополнительную обмотку в быстронасыщающемся трансформаторе тока, и через нее начинает протекать ток от высоковольтной сети на первичный масштабный преобразователь напряжения. При этом питание аналого-цифрового преобразователя не прекращается, так как через быстронасыщающийся трансформатор тока протекает ток, обеспечивая электрическое питание. При появлении тока в высоковольтной сети триггерное устройство отключает дополнительную обмотку, и быстронасыщающийся трансформатор тока начинает работать в штатном режиме.
Недостатком известного устройства измерения тока и напряжения в высоковольтной сети является низкая точность измерения при небольших значениях токов. При протекании тока в сети, значение которого лежит в области срабатывания триггерного устройства, питание аналого-цифрового преобразователя будет постоянно переключатся с питания от протекающего тока на питание от дополнительной обмотки, внося в измерения значения различных переходных процессов. Дополнительная обмотка, к тому же будет вносит погрешность в измерение напряжения, так как дополнительно нагружает паразитным током первичный масштабный преобразователь напряжения.
Кроме этого, размещение большого количества электронных блоков (два преобразователя, бок питания, триггерное устройство), пусть даже в экранированном корпусе на стороне высокого потенциала, делает устройство ненадежным.
Полезной моделью решается задача повышения точности преобразования, упрощения устройства в целом, перенос части электронных компонентов на сторону низкого потенциала, что в конечном итоге повышает надежность устройства в целом.
Полезной моделью решается задача создания устройства измерения тока и напряжения с высокой точностью измерения и высокой надежностью.
Это достигается тем, что измерение высокого напряжения, будет выполняться тем же первичным масштабным преобразователь напряжения (высокоомным делителем напряжения), но с выводами на сторону низкого потенциала. При этом из конструкции будет исключено триггерное устройство, дополнительная обмотка в быстронасыщающемся трансформаторе тока, и энергопотребление аналого-цифрового преобразователя при этом будет снижено вдвое - теперь кодированию подлежит только один сигнал измеряемого тока. На стороне низкого потенциала, для повышения точности измерения, установлен аналого-цифровой преобразователь, питание которого осуществится с помощью внешнего блока питания. Далее оптические сигналы с обоих цифро-аналоговых преобразователей подаются на приемное устройство, где и происходит дальнейшая обработка и выдача сигналов тока и напряжения в аналоговом виде.
Перенос измерения напряжения и аналого-цифровой преобразователя для измерения напряжения на сторону низкого напряжения позволит отказаться от триггерного устройства и дополнительной обмотки в быстронасыщающимся трансформаторе, повысит точность измерения вне зависимости от протекающего тока, и повысит надежность всего устройства в целом.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фигуре 1 изображен эскиз патентуемого устройства измерения тока и напряжения в высоковольтной сети.
Патентуемое устройство измерения тока и напряжения в высоковольтной сети содержит:
1 - главная изоляция (например, высоковольтный изолятор);
2 - Быстронасыщающийся трансформатор тока;
3 - Первичный масштабный преобразователь напряжения (высокоомный делитель напряжения);
4 - Аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом сигнала тока;
5 - Первичный масштабный преобразователь тока (например, электромагнитный преобразователь тока или токовый шунт);
6 - Блок питания;
7 - Линия подачи напряжения;
8 - Аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом сигнала напряжения;
9 - Световод (оптическое стеклянное волокно) для передачи сигнала тока;
10 - Световод (оптическое стеклянное волокно) для передачи сигнала напряжения;
11 - Приемное устройство;
12 - Внешний блок питания.
Патентуемое устройство измерения тока и напряжения в высоковольтной сети работает следующим образом. При протекании измеряемого тока через масштабный преобразователь тока 5 происходит масштабное преобразование тока. Передать напрямую полученный сигнал нельзя, так эти элементы находятся на стороне высокого напряжения. Измеренный сигнал передается на аналого-цифровой преобразователь тока с оптическим выходом 4, и по световоду для передачи сигнала тока 9, передается непосредственно на приемное устройство 11, где декодируется и выдается в масштабном аналоговом виде для измерения стандартными электроизмерительными устройствами. Питание аналого-цифровой преобразователь с оптическим выходом тока 4 производится от блока питания 6, который в свою очередь получает питание от быстронасыщающегося трансформатор тока 2. Измерение напряжения производится первичным масштабным преобразователь напряжения 3 с выводами на сторону низкого потенциала. Сигнал об измеренном напряжении подается на аналого-цифровой преобразователь напряжения 8, установленного на стороне низкого потенциала. Сигнал преобразуется в оптическую форму, и по световоду для передачи сигнала напряжения 10 передается в приемное устройство 11, где декодируется и выдается в масштабном аналоговом виде для измерения стандартными электроизмерительными устройствами. Питание аналого-цифрового преобразователя напряжения 8 осуществляется от внешнего блока питания 12 по линии подачи напряжения 7.
Таким образом, создано устройство измерения тока и напряжения с большей точностью измерения и с большей надежностью.