ДАТЧИК ТОКА ДЛЯ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к датчикам переменного тока для релейной защиты и автоматики трехфазных электроустановок.
Известен матричный преобразователь магнитных полей в виде матрицы из магниторезисторов или элементов Холла. Сенсор представляет собой интегральную магниточувствительную матрицу, которая изготавливается по интегральной технологии микросхем в виде кристалла кремния, содержащего магниточувствительные ячейки из интегральных магнитотранзисторов, которые располагаются друг от друга на малом расстоянии (100-200 мкм) со строго определенной ориентацией в пределах одного кристалла и объединяются металлической разводкой на кристалле для регистрации одной, двух или трех компонент вектора магнитной индукции [Пат. №2140117 Российская Федерация, H01L 29/82. Интегральная магниточувствительная матрица / Абакумов А.А., Амеличев В.В., Галушков А.И., Чапыгин Ю.А., Шубин С.В.].
Основным недостатком данного преобразователя является использование исключительно для контроля качества структуры ферромагнитных материалов и изделий по результатам взаимодействия их с магнитными полями.
Известны изолированные датчики тока, которые представляют собой датчики тока компенсационного типа, основанные на эффекте Холла [Изолированные датчики тока и напряжения производства ООО "ТВЕЛЕМ". Характеристики - Применение - Расчеты / ООО "ТВЕЛЕМ".- Электронный ресурс [сайт]. URL: http://www.lem.com/ru/ru/content/view/477/881/ (дата обращения 31.03.2016)].
Тем не менее, существенные недостатки таких приборов заключаются в том, что они однофазные, и для реализации защиты трехфазных сетей необходима установка такого датчика на каждую из фаз, а также измерение тока при напряжении класса 6(10) кВ возможно только при установке промежуточных устройств для измерения.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является трехфазный дифференциальный датчик для измерения тока. Последний содержит четырехстержневой магнитопровод с обмотками на его стержнях, которые соединены дифференциально [Авторское свидетельство №1026065 СССР, G01R 19/00 Трехфазный дифференциальный датчик для измерения тока / Пангаев Ю.И., Симоновский С.Ф.].
К недостаткам таких трансформаторов можно отнести массогабаритные показатели, сложность конструкции и подверженность влиянию внешних магнитных полей, что влияет на быстродействие токовых защит, реализованных при помощи данного трансформатора.
Задачей полезной модели является создание датчика тока для токовых защит трехфазных электроустановок с достижением следующего технического результата: увеличение быстродействия токовых защит.
Уменьшение влияния токов небаланса из-за упрощения конструкции датчика тока, которая, в отличие от защит, основанных на пофазном измерении тока, не имеет такого недостатка, как неидентичность характеристик трансформаторов тока, позволяет повысить быстродействие токовых защит. Следует отметить, что быстродействие достигается и за счет оцифровки результирующего вектора обобщенного тока, а не мгновенных значений токов фаз, для измерения которых необходимо время, равное полному периоду колебания.
Поставленная цель достигается тем, что датчик тока для токовых защит трехфазных электроустановок состоит из ферромагнитного корпуса для снижения влияния внешних магнитных полей на выходной сигнал датчика, внутри которого размещены три фазных проводника, разнесенных относительно друг друга на 120° и равноудаленных от оси датчика, на которой размещен магниточувствительный элемент, выходы которого соединены с модулем обработки данных, к которому подключены модуль глобальной спутниковой системы позиционирования и модуль связи с релейной защитой и автоматикой.
Данные с магниточувствительного элемента после обработки в модуле обработки данных с учетом информации от модуля глобальной спутниковой системы позиционирования позволяют представить выходные величины токов фаз в виде вращающегося вектора обобщенного тока  с годографом в форме окружности, а изменение его является следствием аварийного или ненормального режима контролируемой сети, что передается по модулю связи с релейной защитой и автоматикой.
На фиг. 1 изображена схема расположения источников и сенсора магнитного поля датчика тока для трехфазных электроустановок, на фиг. 2 представлена функциональная схема микроконтроллера датчика тока. На фиг. 3 представлен годограф обобщенного тока в виде окружности при симметричной нагрузке, на фиг. 4 показано изменение формы годографа на эллиптическую при нарушении симметрии, а на фиг. 5 - на спиралевидную при потере питания или изменении нагрузки на валу электродвигателя.
Датчик тока для токовых защит трехфазных электроустановок содержит в ферромагнитном корпусе 1 три фазных проводника 2, разнесенных относительно друг друга на 120° и равноудаленных от оси датчика, на которой размещен магниточувствительный элемент 3, выходы которого соединены с модулем 4 обработки данных, к которому подключен модуль 5 глобальной спутниковой системы позиционирования и модуль 6 связи с релейной защитой и автоматикой.
Получение сведений о географическом положении датчика позволит уменьшить время определения неисправности в сети. Цифровая форма выходных сигналов упрощает передачу данных в телекоммуникационной системе, а представление токов в обобщенном виде способствует созданию новых алгоритмов их обработки. Такие алгоритмы способствуют созданию новых средств мониторинга и могут привести к разработке новых методов выявления отказов электрических сетей и электрооборудования. Измерение положения результирующих векторов магнитной индукции каждых фаз при помощи обработки в микропроцессорном устройстве позволяет построить все известные токовые защиты, основанные на пофазном измерении тока.
Устройство работает следующим образом: при протекании фазных токов по проводникам, находящимся в ферромагнитном корпусе, на оси устройства возникает вращающееся магнитное поле, преобразуемое магниточувствительным элементом в электрический выходной сигнал, поступающий на вход модуля обработки данных, и после обработки данные, дополненные синхронизированной по времени информацией с модуля глобальной спутниковой системы позиционирования о географическом положении датчика, поступают на модуль связи с релейной защитой и автоматикой.
Регистрируемое значение в центре датчика тока для токовых защит трехфазных электроустановок вращающегося магнитного поля можно представить в виде вращающегося вектора обобщенного тока , годограф которого представлен в форме окружности в симметричном режиме. Изменение формы поля на эллиптическую или спиралевидную является следствием того, что в измеряемой трехфазной системе аварийный или ненормальный режим работы. Спиралевидная форма годографа возникает вследствие потери питания или изменения нагрузки на валу электродвигателя, а эллиптическая - из-за нарушения симметрии, причиной которой могут являться междуфазные короткие замыкания, замыкания на землю и несимметрия питающей сети.