СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ ТОКОВ В ТРЕХЖИЛЬНОМ КАБЕЛЕ БЕЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРОВОВ
METHOD FOR DETERMINING INSTANT VALUES OF CURRENTS IN THREE-CORE CABLE WITHOUT METAL COVER

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при построении устройств для бесконтактного измерения мгновенных значений токов в симметричном трехжильном кабеле без металлических покровов с круглыми жилами.
Известен способ бесконтактного измерения электрического тока (Патент РФ 2133473. Способ бесконтактного измерения электрического тока / Долгих В.В., Кириевский Е.В.). В способе бесконтактного измерения электрического тока, заключающемся в том, что в ферромагнитном сердечнике с помощью нанесенной на него первичной обмотки с измеряемым током создают основной магнитный поток, с помощью нанесенной на упомянутый сердечник вторичной обмотки с компенсирующим током создают встречный магнитный поток, причем знак производной компенсирующего тока периодически изменяют, а о величине измеряемого тока судят по значению низкочастотной составляющей компенсирующего тока, дополнительно упомянутое периодическое изменение знака производной компенсирующего тока осуществляют при выходе мгновенного значения этого тока из зоны, ограниченной значениями
s
Iмакс W1/W2+H⋅L/W2,
s
Iмин W1/W2-H⋅L/W2,
где Iмакс и Iмин - граничные значения заданного диапазона измерения тока;
W1 и W2 - количество витков соответственно первичной и вторичной обмоток;
s
H - напряженность магнитного поля в ферромагнитном сердечнике, соответствующая границе его насыщения;
L - длина средней магнитной силовой линии.
Недостатками данного способа являются необходимость дополнительного источника для создания компенсирующего тока во вторичной обмотке и отсутствие возможности определения мгновенных значений токов в трехжильном кабеле без металлических покровов.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения мгновенного значения тока в одножильном кабеле (Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники, 1996 год, часть 1, стр. 23), заключающийся в измерении напряженности магнитного поля над одножильным кабелем, вычисление мгновенного значения тока в жиле по закону полного тока:
i(t)=2πRH,
где Н - измеряемая напряженность магнитного поля;
R - расстояние от оси одножильного кабеля до точки измерения напряженности магнитного поля.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности определения мгновенных значений токов в каждой жиле трехжильного кабеля без металлических покровов.
Цель изобретения - обеспечение возможности определения мгновенных значений токов в трехжильном кабеле без металлических покровов при расположении датчиков на расстоянии от кабеля. Поскольку для измерения напряженности магнитного поля могут применяться датчики различной конструкции и размеров необходимо учитывать, что установить датчик непосредственно на поверхность кабеля не всегда представляется возможным.
Для достижения указанной цели в предлагаемом способе определения мгновенных значений токов в трехжильном кабеле без металлических покровов, включающем измерение напряженности магнитного поля над жилой кабеля, вычисление мгновенного значения тока в жиле, измерения проводятся тремя однокомпонентными датчиками напряженности магнитного поля, расположенными на расстоянии d над жилами кабеля перпендикулярно радиусу и трассе кабеля, а вычисление мгновенных значений токов в каждой жиле осуществляется по формулам:
;
;
;
1
2
3
где Н, Н, H - напряженности магнитного поля, измеряемые с помощью однокомпонентных датчиков;
;
;
1
r - расстояние от центра жилы до поверхности кабеля;
2
r - расстояние между центрами жил трехжильного кабеля;
d - расстояние от поверхности кабеля до оси датчика.
На фиг. представлена функциональная схема устройства, реализующая измерения по данному способу.
Устройство содержит три однокомпонентных датчика напряженности магнитного поля 1, 2 и 3, к датчикам подключены измерительные приборы 4, 5, 6, сигнал с которых подается на вычислительный блок 7, и индикатор 8.
1
2
3
Мгновенные значения токов в трехжильном кабеле без металлических покровов определяется следующим образом. Каждый из трех датчиков располагается на расстоянии d над жилой кабеля перпендикулярно радиусу и трассе кабеля. Напряженность магнитного поля от токов в жилах кабеля преобразуется однокомпонентными датчиками напряженности магнитного поля 1, 2 и 3 в напряжения U, U и U, которые подаются на вход измерительных приборов 4, 5 и 6, сигнал с которых в свою очередь подается на вычислительный блок 7, затем на индикатор 8.
Расстояние d следует выбирать в соответствии с законом полного тока.
Определение мгновенных значений токов в трехжильном кабеле без металлических покровов производится следующим образом. Напряженность магнитного поля от токов в жилах преобразуется датчиком напряженности магнитного поля в напряжение и с коэффициентом преобразования K, т.е.
u=KH.
Напряженность магнитного поля в точке измерения определяется по принципу суперпозиции полей от токов в жилах кабеля. Тогда мгновенное значение напряжения на выходе первого датчика напряженности магнитного поля равно:
,
1
2
3
где i(t), i(t), i(t) - мгновенные значения токов в жилах трехжильного кабеля,
1
r - расстояние от центра жилы до поверхности кабеля;
;
2
r - расстояние между центрами жил трехжильного кабеля;
d - расстояние от поверхности кабеля до оси датчика;
.
Мгновенное значение напряжения на выходе второго датчика напряженности магнитного поля равно:
.
Мгновенное значение напряжения на выходе третьего датчика напряженности магнитного поля равно:
.
1
2
Из приведенных выражений, зная расстояния r, r и d, находим:
;
;
;
1
2
3
где Н, Н, H - напряженности магнитного поля, измеряемые с помощью однокомпонентных датчиков;
;
;
1
r - расстояние от центра жилы до поверхности кабеля;
2
r - расстояние между центрами жил трехжильного кабеля;
d - расстояние от поверхности кабеля до оси датчика.
В данном способе измерения проводятся тремя однокомпонентными датчиками напряженности магнитного поля, расположенными на расстоянии d над жилами кабеля перпендикулярно радиусу и трассе кабеля, что позволяет определить мгновенные значения токов в трехжильном кабеле без металлических покровов при расположении датчиков на расстоянии от кабеля.