СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
METHOD FOR MEASURING FAULT CURRENT

Изобретение относится к энергетике, а именно к измерительной технике, и может быть использовано для измерения токов короткого замыкания в электроустановках.
Известен способ измерения тока в проводнике [Хомерике O.К. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - С.7-19.] путем фиксации напряжения на выходе датчика Холла, установленного вблизи проводника, при котором по напряжению определяют величину магнитной индукции, создавшей его, а по последней - величину тока в проводнике.
Однако величина контролируемого напряжения незначительна и зависит от температуры окружающей среды, что требует дополнительного усиления сигнала и компенсации температурных погрешностей. В конечном итоге это ведет к снижению точности измерения тока.
CP1
CP2
B1
B2
CP1
CP2
B1
B2
1
Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения тока в проводнике с помощью герконов [RU 2397499 C2, МПК G01R 19/30 (2006.01), опубл. 20.08.2010], заключающийся в том, что два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника и настраивают их так, чтобы они срабатывали и замыкали контакты при соответствующих токах срабатывания I, I в проводнике, возвращались в исходное положение и размыкали контакты при токах возврата I и I соответственно. Второй геркон настраивают так, чтобы он срабатывал при токах срабатывания I=I, а возвращался при токах возврата I<I. Измеряют время t между моментами размыкания контактов герконов после их срабатывания и определяют амплитуду измеряемого тока по формуле
an
Недостатком способа является низкая точность, обусловленная погрешностью в измерении тока замыкания, возникшей из-за пренебрежения влиянием апериодической составляющей тока I.
Задачей изобретения является повышение точности измерения тока короткого замыкания.
CP1
CP2
B1
B2
Это достигается тем, что способ измерения тока короткого замыкания в проводнике с помощью герконов, так же как в прототипе, заключается в том, что два геркона с нормально разомкнутыми контактами устанавливают вблизи проводника, настраивают их так, чтобы они замыкали контакты при токах срабатывания I и Iразмыкали контакты при токах возврата I и I.
1
2
n-1
n
CPn
CPn-1
CP2
CP1
Bn
Bn-1
B2
B1
Согласно изобретению n герконов устанавливают на безопасных расстояниях h, h, …, h, h от проводника, настраивают герконы так, чтобы они срабатывали при токах срабатывания I>I>…>I>I и возвращались в исходное положение при токах возврата I>I>…>I>I, измеряют время между замыканием первого и второго герконов, …, n-1 и n геркона, время между срабатыванием и возвратом n - геркона, время между возвратом контактов n - геркона и возвратом контактов n-1 геркона, …, возвратом контактов второго геркона и возвратом контактов первого геркона, по полученным данным строят графическую зависимость искомого тока I=f(t), аппроксимируют ее:
0
1
2
3
4
5
2
3
4
5
6
6
I(t)=A+A·t+A·t+А·t+A·t+А·t+А·t,
0
1
2
3
4
5
6
где A, А, А, А, А, А и А - коэффициенты полинома, и определяют максимальное отклонение тока, являющееся амплитудой измеряемого тока короткого замыкания.
an
Таким образом, предложенный способ позволяет учесть влияние апериодической составляющей тока I. По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет легко подобрать герконы для измерения тока короткого замыкания в проводнике, так как не нужно подбирать равные токи их срабатывания.
CP2
m
CP1
На фиг.1 представлена зависимость I=f(t), где кривая 1 - полупериод тока с амплитудой I>I>I, кривая 2 - полупериод измеряемого тока короткого замыкания.
На фиг.2 показано устройство для реализации предлагаемого способа.
Предложенный способ измерения тока короткого замыкания может быть реализован с помощью устройства, в котором первый 1, второй 2,…, n-1 и n герконы (фиг.2) с нормально разомкнутыми контактами размещены в магнитном поле проводника 3 с током и подключены к микроконтроллеру 4 (МК).
Могут быть использованы герконы типа МКА-14103 группы А производителя ОАО “Рязанского завода металлокерамических приборов”. Микроконтроллер 4 (МК) может быть выполнен на микроконтроллере серии 51 производителя amtel AT89S53.
Способ осуществляют следующим образом.
1
2
3
4
CP1
CP2
CP3
CP4
B1
B2
B3
B4
Например, первый 1, второй 2, третий и четвертый герконы с нормально разомкнутыми контактами установлены вблизи проводника 3 на безопасном расстоянии. Расстояние h от проводника до первого 1 геркона равно 0.1 м, и расстояние h до второго 2 геркона составляет 0.15 м, расстояние h=0.2 м и h=0.24 м. Угол между перпендикулярной линей продольной оси проводника 3 и продольной осью первого геркона 1, второго геркона 2 и остальных n герконов составляют 90° градусов. Герконы подобраны так, чтобы токи срабатывания I, I, I, I и токи возврата I, I, I, I первого 1, второго 2, третьего и четвертого герконов соответствовали неравенствам
CP4
CP3
CP2
CP1
B4
B3
B2
B1
I>I>I>I, а I>I>I>I.
m
CP1
B1
CP1
B1
CP2
B2
CP3
B3
CP4
B4
В проводнике 3 протекает ток короткого замыкания с амплитудой I. При увеличении тока (фиг.1, кривая 1) до тока срабатывания I=77.88 А первого 1 геркона он замыкает разомкнутые до этого контакты, которые срабатывают. При уменьшении тока до тока возврата I=30,3 А первого 1 геркона он замыкает разомкнутые до этого контакты, которые возвращаются в исходное положение, размыкая их. Это происходит под действием созданного токами I/I магнитного поля напряженностью срабатывания  / возврата  в зазоре между контактами первого 1 геркона, направленной вдоль его продольной оси. Второй 2 геркон замыкает контакты при токе срабатывания I=176,8 A, а размыкает при токе возврата I=67,14 А. Третий геркон замыкает контакты при токе срабатывания I=293,7 A, а размыкает при токе возврата I=117,2 А. Четвертый геркон замыкает контакты при токе срабатывания I=374,6 А, а размыкает при токе возврата I=149,8 А.
Измерение тока в проводнике 3 с помощью первого 1, второго 2, третьего и четвертого герконов осуществляют следующим образом.
CP1
1,2
CP2
При увеличении тока в проводнике 3 до величины тока срабатывания I (фиг.1, кривая 1) первый геркон 1 срабатывает, его контакты замыкаются, микроконтроллер 4 (МК) фиксирует значение тока и начинает отсчет времени t. Если ток не увеличился до тока срабатывания I, то второй геркон 2 не срабатывает и микроконтроллер 4 (МК) обнуляет все значения.
CP2
1,2
2,3
CP3
2,3
3,4
CP4
3,4
B4
4,4
B3
4,3
B2
3,2
B1
2,1
Но если ток в проводнике 3 увеличивается до тока срабатывания I, то срабатывает второй геркон 2 (фиг.1, кривая 2). Микроконтроллер 4 (МК) фиксирует срабатывание второго 2 геркона, промежуток времени t и начинает отсчет времени t до тех пор, пока не увеличится ток до тока срабатывания I и зафиксируется ток срабатывания третьего геркона и время t (начнется отсчет времени t) и так далее I и t, I и t, I и t, I и t, I и t.
Затем с помощью микроконтроллера 4 (МК) аппроксимируют по полученным данным значения токов срабатывания и возврата герконов и времени зависимость I=f(t) (кривая тока короткого замыкания), определяют максимальное отклонение, являющееся амплитудой измеряемого тока короткого замыкания.
Если аппроксимируют полиномом
0
1
2
3
4
5
6
2
3
4
5
6
I(t)=A+A·t+A·t+А·t+A·t+А·t+A·t
0
1
2
3
4
5
6
то коэффициенты А, А, А, А, А, А и А определяют с помощью математических программ, например, MathCAD 14.
CP1
CP2
CP3
CP4
B4
B3
B2
B1
1,2
2,3
3,4
4,4
4,3
3,2
2,1
Например, при токах срабатывания I, I, I, I, токах возврата I, I, I, I, времени: между замыканием первого и второго герконов t=0.001177 с, между замыканием второго и третьего герконов t=0.001282 с, между замыканием третьего и четвертого герконов t=0.000939 с, между срабатыванием и возвратом четвертого геркона t=0.009137 с, между возвратами контактов четвертого и третьего герконов t=0.000351 с, между возвратами контактов третьего и второго герконов t=0.000567 с, между возвратами контактов второго и первого герконов t=0.000454 с были получены следующие коэффициенты полинома:
4
6
2
9
3
11
4
13
5
14
6
I(t)=77.88+7.65·10·t+7.97·10·t-1.18·10·t-1.07·10·t+1.31·10·t-3.2·10·t.
max
m
Затем определяют максимальное время t=0.007038 с и амплитуду I=525.1 А при токе в токопроводе электроустановки, равном 526,2 А. Погрешность способа составила 0,2%.
aп
По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет определить амплитуду тока короткого замыкания с учетом апериодической составляющей тока I.