ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к цифровым измерительным устройствам постоянного и переменного тока.
Известен датчик тока (Патент на изобретение РФ №2377578, МПК G01R 19/00, 2008 г.), содержащий резистивный элемент, соединенный с усилителем, и блок питания, между резистивным элементом и выходом датчика установлена трансформаторная гальваническая развязка, включающая в себя аналого-цифровой преобразователь, разделяющий трансформатор и цифроаналоговый преобразователь, при этом выход усилителя соединен с аналого-цифровым преобразователем, выход аналого-цифрового преобразователя - с первичной обмоткой разделяющего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с цифроаналоговым преобразователем, а усилитель и аналого-цифровой преобразователь связаны с блоком питания через трансформатор питания.
Недостатками указанного датчика тока являются передача измерительного сигнала в цифровой форме через разделяющий трансформатор, отсутствие устройств экранирования электронной аппаратуры и как следствие ее чувствительность к электрическим и магнитным полям токопровода с измеряемым током.
Известно высоковольтное оптоэлектронное устройство для измерения тока (Патент на изобретение РФ №2346285, G01R 19/00, 2009 г), принятое за прототип, содержащее датчик тока, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и передатчик, оно помещено внутрь токопровода с измеряемым током, находится под потенциалом высокого напряжения в зоне отсутствия магнитных и электрических полей, а передача информации о величине измеряемого тока производится в кодированном цифровом виде по оптическому каналу.
Недостатком указанного высоковольтного оптоэлектронного устройства является то, что измерение осуществляется посредством определения напряжения на шунте, включенном параллельно основному токопроводу, изменение перераспределения токов между токопроводом и шунтом приводит к дополнительным погрешностям. Также указанное устройство не имеет блока питания электронной аппаратуры на высоковольтной стороне, что делает невозможным ее работу.
Технический результат заключается в повышении точности измерения.
Технический результат достигается тем, что высоковольтное цифровое устройство для измерения тока, содержащее шунт, аналого-цифровой преобразователь, оптический приемопередатчик и оптический канал дополнительно содержит питающий электромагнитный трансформатор, охватывающий токопровод с измеряемым током; преобразователь ток-напряжение, стабилизатор напряжения и блок обработки сигналов помещенные внутрь шунта, выполненного цилиндрическим с внутренней полостью и включенного в рассечку токопровода; второй оптический приемопередатчик, маршрутизатор и блок питания, расположенные на низковольтной стороне; при этом первый оптический приемопередатчик помещен внутрь шунта, а блок обработки сигналов включает аналого-цифровой преобразователь; при чем питающий электромагнитный трансформатор подключен к преобразователю ток-напряжение, который соединен со стабилизатором напряжения, подключенным к блоку обработки сигналов и к оптическому приемопередатчику, потенциальные электроды шунта соединены с блоком обработки сигналов, который подключен к оптическому приемопередатчику через оптический канал соединенному со вторым оптическим приемопередатчиком, подключенным к маршрутизатору, а блок питания подключен ко второму оптическому приемопередатчику и к маршрутизатору.
На чертеже изображена принципиальная схема высоковольтного цифрового устройства для измерения тока и использованы следующие обозначения: токопровод 1, цилиндрический шунт 2, питающий электромагнитный трансформатор 3, преобразователь ток-напряжение 4, стабилизатор напряжения 5, блок обработки сигналов 6, содержащий АЦП, первый оптический приемопередатчик 7, оптический канал 8, второй оптический приемопередатчик 9, маршрутизатор 10, блок питания 11, опорный изолятор 12.
Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока содержит цилиндрический шунт 2, включенный в рассечку токопровода 1 (совмещенный с токопроводом), питающий электромагнитный трансформатор 3, охватывающий токопровод 1 с измеряемым током. Внутрь цилиндрического шунта 2 помещены: преобразователь ток- напряжение 4, стабилизатор напряжения 5, блок обработки сигналов 6 содержащий АЦП и первый оптический приемопередатчик 7. Оптический канал 8 помещен внутрь опорного изолятора 12. Второй оптический приемопередатчик 9, маршрутизатор 10 и блок питания 11, расположены на низковольтной стороне. Питающий электромагнитный трансформатор 3 соединен с преобразователем ток-напряжение 4, который подключен к стабилизатору напряжения 5. Стабилизатор напряжения 5 также подключен к блоку обработки сигналов 6 и к первому оптическому приемопередатчику 7. Потенциальные электроды цилиндрического шунта 2 подключены к блоку обработки сигналов 6, который соединен с первым оптическим приемопередатчиком 7. Первый оптический приемопередатчик 7 с помощью оптического канала 8 соединен со вторым оптическим приемопередатчиком 9, который подключен к маршрутизатору 10. Блок питания 11 подключен ко второму оптическому приемопередатчику 9 и к маршрутизатору 10. Преобразователь ток-напряжение 4, стабилизатор напряжения 5, блок обработки сигналов 6, оптический приемопередатчик 7 помещены внутрь шунта 2 для исключения влияния на них электрических и магнитных полей. Оптический канал 8 помещен в опорный изолятор 12 для обеспечения высоковольтной гальванической развязки. Цилиндрический шунт 2, преобразует весь спектр частот, включая постоянный ток и апериодическую составляющую с высокой точностью.
Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока работает следующим образом. При протекании электрического тока по токопроводу 1 на цилиндрическом шунте 2 наблюдается падение напряжения, поступающее на блок обработки сигналов 6, где оно обрабатывается в соответствии с запрограммированными алгоритмами, в том числе преобразуется в цифровую форму. Далее сигнал в цифровой форме поступает на первый оптический приемопередатчик 7, преобразующий его в оптический сигнал. Оптический сигнал через оптический канал 8 передается на низковольтную сторону, где с помощью второго оптического приемопередатчика 9 преобразуется в цифровой сигнал и передается маршрутизатору 10. Маршрутизатор 10 передает цифровой сигнал потребителям сигнала. Потребителями сигнала могут быть устройства релейной защиты и автоматики, устройства коммерческого учета электроэнергии и др. Электрический ток от питающего трансформатора 3, возникающий при протекании тока по токопроводу 1, поступает на преобразователь ток-напряжение 4, где осуществляется выпрямление, сглаживание, ограничение выходного напряжения. Полученное напряжение поступает на стабилизатор напряжения 5, выполняющего функцию нормирования выходного напряжения до заданного уровня и сглаживание. Питание блоку обработки сигналов 6 и приемопередатчику 7 подается от стабилизатора напряжения 5. Питание второму оптическому приемопередатчику 9 и маршрутизатора 10 подается от блока питания 11.
Таким образом, включение шунта в рассечку токопровода и расположение в нем электронной аппаратуры обеспечивает повышение точности измерения.