ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Область техники
Настоящая полезная модель относится к измерительной технике, а именно к приборам, позволяющим измерять переменный ток в высоковольтных линиях электропередач.
Предшествующий уровень техники
Из существующего уровня техники известна полезная модель «Устройство для регистрации токовых импульсов при грозовых перенапряжениях в линиях электропередач» [Пат. РФ №119122 з. 11.04.2012, опубл. 10.08.2012], содержащее контроллер, последовательно соединенные питающую обмотку и преобразователь напряжения, выход которого соединен с питающем входом контроллера, ионистор, подсоединенный к питающему входу контроллера, последовательно соединенные трансформатор тока и трехканальный АЦП, выход которого подключен к контроллеру, датчик температуры, выход которого соединен со вторым входом АЦП, датчик напряжения, выход которого подключен к контроллеру, запоминающее устройство и радиочастотный приемопередатчик, соединенные с контроллером, отличающееся тем, что дополнительно введены компаратор и пиковый детектор, входами соединенные с трансформатором тока, таймер, входом запуска соединенный с выходом компаратора, а выходом - с контроллером, при этом управляющий вход пикового детектора соединен с выходом компаратора, а выход с третьим входом АЦП.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Высоковольтное цифровое устройство для измерения тока» [Пат. РФ №152974 з. 15.09.2014, опубл. 27.06.2015], содержащее питающий электромагнитный трансформатор и пояс Роговского, охватывающие токопровод с измеряемым током; цилиндрический шунт с внутренней полостью, включенный в рассечку токопровода; помещенные внутрь шунта преобразователь ток-напряжение, стабилизатор напряжения, блок обработки сигналов с аналого-цифровым преобразователем и первый оптический приемопередатчик; оптический канал; второй оптический приемопередатчик, маршрутизатор и блок питания, расположенные на низковольтной стороне; при этом питающий электромагнитный трансформатор подключен к преобразователю ток-напряжение, который подключен к стабилизатору напряжения, подключенному к блоку обработки сигналов и к первому оптическому приемопередатчику, потенциальные электроды шунта и пояс Роговского подключены к блоку обработки сигналов, который подключен к первому оптическому приемопередатчику, через оптический канал соединенному со вторым оптическим приемопередатчиком, подключенным к маршрутизатору, блок питания подключен ко второму оптическому приемопередатчику и маршрутизатору, отличающееся тем, что дополнительно содержит магнитотранзисторный преобразователь и измерительный электромагнитный трансформатор тока, охватывающие токопровод с измеряемым током, и блок синхронизации с системой точного времени, аккумуляторную батарею и преобразователь световой энергии в электрическую, помещенные внутрь шунта, генератор оптического излучения, расположенный на низковольтной стороне, второй оптический канал, при этом магнитотранзисторный преобразователь, измерительный электромагнитный трансформатор тока и выход блока синхронизации с системой точного времени подключены к блоку обработки сигналов, вход блока синхронизации с системой точного времени, аккумуляторная батарея и преобразователь световой энергии в электрическую подключены к стабилизатору напряжения, второй выход блока питания подключен к генератору оптического излучения, через второй оптический канал подключенному к преобразователю световой энергии в электрическую.
Недостатками данного технического решения являются следующие. Во-первых, наличие 2-х измерительных трансформаторов, что усложняет систему обработки сигналов. Во-вторых, наличие отдельной системы синхронизации времени, которая должна быть на низковольтной стороне. В-третьих, отсутствует поддержка промышленного стандарта передачи информации МЭК 61850-9-2, что упрощает интеграцию системы в промышленные цифровые сети SMART GRID. В четвертых, отсутствие электростатического и магнитного экранирования катушки Роговского, что существенно повышает риск влияния внешних факторов на осуществляемые измерения. В-пятых, наличие аккумуляторов в полевой схеме приводит к необходимости периодического обслуживания схемы питания или замены его элементов. Также, ввиду того что датчик находится во внешних условиях с возможными сезонными перепадами температур от -60C до +60C, ресурс таких аккумуляторных батарей сильно ограничен.
Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности использования измерителя переменного тока за счет снижения его габаритных показателей (веса и объема), повышения безопасности и надежности работы, а также за счет обеспечения поддержки им промышленного стандарта МЭК 61850-9-2.
1. Данная задача решается за счет того, что заявленный в качестве полезной модели измеритель переменного тока, содержит токопроводящую шину, на которую установлен питающий трансформатор тока и катушка Роговского. Также содержит датчик температуры, аналого-цифровой преобразователь, блок обработки сигнала, подключенный к оптическому приемопередатчику, и блок питания. Измеритель дополнительно содержит электромагнитный экран, защищающий питающий трансформатор тока и катушку Роговского и электростатический экран, защищающий электронно-оптический блок измерения переменного тока. Полезная модель включает электронно-оптический блок обработки информации, связанный оптоволоконным кабелем с источником резервного питания, а также контроллер потока данных и модуль беспроводного интерфейса.
При этом электромагнитный экран, защищающий питающий трансформатор тока и катушку Роговского, выполнен в виде отрезка трубы из ферро магнитного материала с магнитной проницаемостью больше 1.
Контроллер потока данных обеспечивает поддержку промышленного стандарта МЭК 61850-9-2.
Для резервного питания по оптоволоконному кабелю использован лазер с оптической мощностью не менее 300 мВт.
А между электронно-оптическим блоком измерения переменного тока и электронно-оптическим блоком обработки информации обеспечена гальваническая развязка, за счет использования оптоволоконного кабеля, которая повышает надежность и безопасность измерителя переменного тока.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 схема измерителя переменного тока
Токопроводящая шина 1, питающий трансформатор тока 2, катушка Роговского 3, датчик температуры 4, входная аналоговая часть 5, аналого-цифровой преобразователь 6, блок обработки сигнала 7, электронно-оптический преобразователь 8, блок питания 9, электромагнитный экран 10, электронно-оптический блок измерения переменного тока (высоковольтная часть) 11, электростатический экран 12, электронно-статический блок обработки информации 13, модуль беспроводного интерфейса 14, контроллер потока данных 15, оптоволоконный кабель 16, шина процесса (МЭК 61850-9-2) 17, низковольтная часть 18.
Подробное описание изобретения
Работает устройство следующим образом.
Измеритель переменного тока разделяется на две части: высоковольтную часть (электронно-оптический блок измерения переменного тока) 11 и низковольтную часть 18 для получения информации о измеренных значениях тока, температуры, их математической обработки и выдачи данных в промышленную сеть. При протекании электрического переменного тока по токопроводящей шине 1, ток проходит через питающий трансформатор тока 2 и катушку Роговского 3, в которой наводится ЭДС.
ЭДС, наведенная в катушке Роговского, равна скорости изменения потокосцепления:
где: е - мгновенная величина ЭДС, наведенной в обмотке катушки Роговского, В;
0
М=µ·S·n/l - взаимная индуктивность между обмоткой катушки Роговского и проводником с измеряемым током, Гн.
Соотношение (1) в операторном виде:
где: p - дифференциальный оператор Лапласа.
Поскольку ЭДС пропорциональна скорости изменения тока, задача измерения тока требует интегрирования выходного сигнала катушки Роговского. Во входной аналоговой части 5 реализовано активное интегрирование во входном усилителе-интеграторе.
Далее от входной аналоговой части аналоговая информация о силе тока поступает в аналого-цифровой преобразователь 6, где информация (сигнал) из аналогового формата преобразуется в цифровой формат. Затем сигнал (информация) поступает в электронно-оптический преобразователь 8, который формирует пакеты цифровых данных для передачи по оптоволоконному кабелю 16 в низковольтную часть 18, после чего она поступает в электронно-статический блок обработки информации 13, где производится дополнительная математическая обработка и передача цифровых пакетов данных в контроллер потока данных 15 и модуль беспроводного интерфейса 14. В котроллере потока данных 15 происходит форматирование массива цифровых данных и их передача в шину процесса (МЭК 61850-9-2LE) 17,
Датчик температуры 4 закрепленный на катушке Роговского подключен к блоку обработки 7, который считывает сигнал о значении температуры.
Электронно-оптический блок измерения переменного тока (высоковольтная часть) 11 питается от блока питания 9, в котором роль основного источника питания служит питающий трансформатор тока 2, а роль резервного выполняет питание от оптоволоконного кабеля 16, путем преобразования лучевой энергии в электрическую.
В результате использования резервного источника питания по оптоволоконному кабелю стало возможным не использовать в качестве резервного источника питания аккумуляторы, а также отпала необходимость в системе зарядки этих аккумуляторов, что упростило конструкцию и уменьшило габариты (ориентировочно на 20%)
В виду использования оптоволоконного кабеля в качестве передачи информации и энергии от низковольтной части 18 к высоковольтной 11, выполняется условие полной гальванической изоляции этих частей друг от друга, что повышает безопасность и надежность системы, а именно низковольтная часть 18 не сможет быть поражена высоковольтными импульсами (например, грозовыми) от высоковольтной части 11, которые могут вывести из строя оборудование, находящееся в непосредственной близость от низковольтной части 18.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является измеритель переменного тока, который по сравнению с аналогами можно более эффективно использовать за счет снижения его габаритных показателей, повышения безопасности и надежности работы (посредством экранирования и гальванической развязки), а также за счет обеспечения поддержки им промышленного стандарта МЭК 61850-9-2.