УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕРХБОЛЬШИХ ТОКОВ Российский патент 1998 года по МПК G01R19/00 G01R33/32 

Описание патента на изобретение RU2120128C1

Устройство предназначено для измерения силы тока в электрофизических установках. Оно должно позволять измерять силу тока ≈ 106 A и быть устойчивым к наводкам паразитных токов.

Хорошо известно применение магнитооптического датчика для измерения электрического тока в электроэнергетике.

Магнитооптический датчик основан на использовании эффекта Фарадея - свойстве магнитного поля вращать плоскость поляризации света, проходящего сквозь магнитооптические материалы.

Известен магнитооптический датчик /1/, состоящий из источника поляризованного света, чувствительного элемента, изготовленного из магнитооптического материала, и оптоэлектронного блока измерения оптического сигнала. На выходе оптоэлектронного блока формируется электрический сигнал Uouto, который связан с углом Фарадеевского вращения F по формуле
Uout = sin2F. (1)
Угол Фарадеевского вращения определяется по формуле

где
V - постоянная Верде в чувствительном элементе;
L - оптическая длина пути, проходящего излучением в чувствительном элементе;
- напряженность магнитного поля, создаваемая внутри чувствительного элемента токопроводом с измеряемым током.

Так как напряженность магнитного поля однозначно определяется током, его создавшим, то определяя угол Фарадеевского вращения, можно определить ток. Однако напряженность магнитного поля могут создавать и паразитные токи, возможно гораздо меньшей величины, но близко расположенные.

Наиболее близким к заявляемому является датчик электрического тока /2/, где в качестве чувствительного элемента используют оптическое волокно, образующего замкнутый односвязный контур, охватывающий токопровод с измеряемым током. В этом случае угол Фарадеевского вращения пропорционален дивергенции напряженности магнитного поля и по теории Максвелла пропорционален силе измеряемого тока и не зависит от длины световода.


Так как область однозначности синуса равна π/2 , то максимально измеряемая сила тока Imax в силу формулы (1) равна
Imax = 0,25π/V. (4)
При постоянной Верде в материале оптического волокна V≈4,6•10-6 Рад/А максимальный измеряемый ток будет равен Imax=1,7•105 A, что ниже требуемого.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является увеличение максимального значения измеряемой силы тока без увеличения влияния на результаты измерения паразитных токов.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения сверхбольших токов, содержащее n магнитооптических датчиков с чувствительным элементом в виде протяженного световода, сделанного из магнитооптического материала, и измерительно-вычислительного блока, причем положение оптического входа световода каждого из n датчиков совпадает с оптическим выходом световода соседнего датчика таким образом, что световоды всех датчиков образуют замкнутый односвязный контур, охватывающий только токопровод с измеряемым током, а выходы n магнитооптических датчиков соединены с соответствующими им входами измерительно-вычислительного блока. Число n выбирается из условия
n > 4V•Imax/π, (5)
где
V - постоянная Верде материала световода;
Imax - максимальный измеряемый ток,
а измерительно-вычислительный блок выполнен с возможностью реализации функции

где
I - измеряемый ток;
Uoutk - выходной сигнал с k-го магнитооптического датчика.

Схема устройства для n=4 представлена на чертеже.

Устройство для измерения сверхбольших токов состоит из n магнитооптических датчиков 1, выходы которого подключены к соответствующим входам измерительно-вычислительного блока 2.

В качестве магнитооптического датчика 1 можно взять, например, волоконно-оптический датчик электрического тока, описанный в /3/. Он состоит из источника излучения света, поляризатора, оптического волокна в качестве чувствительного элемента, призмы Волластона, двух фотодиодов и дифференциальной электронной схемы.

В качестве измерительно-вычислительного блока 2 можно взять, например, устройство преобразования информации СУПИ24 из /4/, состоящее из нескольких АЦП и программируемого контроллера.

Сущность изобретения заключается в том, что оно заменяет интеграл по контуру в формуле (3) суммой интегралов по дугам этого контура, причем длина любой дуги выбирается таким образом, чтобы интеграл по этой дуге был меньше π/2. Математически это можно записать следующим образом


Устройство действует следующим образом. Измеряемый электрический ток создает в чувствительном элементе - световоде k-го магнитооптического датчика 1 сигнал Uoutk в соответствии с формулой (1). Этот сигнал поступает через соответствующий вход в измерительно-вычислительный блок 2. Когда углы от всех датчиков 1 будут зарегистрированы, измерительно-вычислительный блок 2 по заложенной в него программе преобразует зарегистрированные сигналы Uoutk в угол Фарадеевского вращения Fk и суммирует их. Эта сумма будет пропорциональна измеряемому току.

Положительный эффект достигается тем, что угол Фарадеевского вращения, регистрируемый отдельным датчиком 1, меньше предельно измеримого, устройство позволяет измерять силу тока большую, чем в прототипе. А так как световоды образуют замкнутый односвязный контур, то их суммарный угол Фарадеевского вращения равен интегралу из формулы (1), т.е. пропорционален силе измеряемого тока и не зависит от паразитных токов, не попавших в образованный ими замкнутый контур, что присуще прототипу.

Для измерения силы тока, равной 1 МА по формуле (5), необходимо использовать 6 датчиков 1, что их технически реализуемо.

Похожие патенты RU2120128C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БОЛЬШИХ ТОКОВ 2001
  • Казачков Ю.П.
RU2208798C1
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ФОРМЫ ИМПУЛЬСОВ СВЕРХБОЛЬШИХ ТОКОВ 1998
  • Демьянович М.В.
  • Казачков Ю.П.
RU2158428C2
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ 2004
  • Казачков Ю.П.
  • Пименов А.В.
RU2262709C1
Волоконно-оптический чувствительный элемент датчика электрического тока и магнитного поля 2022
  • Моршнев Сергей Константинович
  • Пржиялковский Ян Владимирович
  • Старостин Николай Иванович
  • Янин Максим Анатольевич
RU2792207C1
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) 2009
  • Моисеенко Александр Николаевич
  • Маркевцев Игорь Михайлович
  • Таценко Ольга Михайловна
  • Филиппов Алексей Владимирович
RU2429498C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ВРЕМЕНИ ГОРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ 1998
  • Казачков Ю.П.
RU2133537C1
УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОЙ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ 1997
  • Казачков Ю.П.
RU2117953C1
СПОСОБ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТОМОГРАФИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ 1998
  • Жмулев Л.С.
RU2172137C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА В ПУЧКЕ ИМПУЛЬСНОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ 1990
  • Демьянович М.В.
  • Евреев А.И.
  • Казачков Ю.П.
RU2019858C1
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТОКА 2010
  • Ловчий Игорь Леонидович
RU2451941C1

Реферат патента 1998 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СВЕРХБОЛЬШИХ ТОКОВ

Данное устройство предназначено для измерения силы тока в электрофизических установках. Оно позволяет измерять силу тока ~ 106A и устойчиво к наводкам паразитных токов. Устройство содержит n магнитооптических датчиков с чувствительным элементом в виде протяженного световода из магнитооптического материала и измерительно-вычислительный блок, причем положение оптического входа каждого из n световодов магнитооптических датчиков совпадает с оптическим выходом соседнего световода таким образом, что все световоды образуют замкнутый односвязный контур, охватывающий только токопровод с измеряемым током, а выходы магнитооптических датчиков соединены с соответствующими им входами измерительно-вычислительного блока. Технический результат - увеличение максимального значения измеряемой силы тока. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 120 128 C1

Устройство для измерения сверхбольших токов, содержащее магнитооптический датчик с чувствительным элементом в виде протяженного световода из магнитооптического материала и измерительно-вычислительный блок, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит n-1 магнитооптических датчиков, причем положение оптического входа световода каждого из n магнитооптических датчиков совпадает с оптическим выходом световода соседнего датчика таким образом, что световоды всех датчиков образуют замкнутый односвязный контур, охватывающий только токопровод с измеряемым током, а выходы n магнитооптических датчиков соединены с соответствующими им входами измерительно-вычислительного блока, число n выбирается из условия
n>4V•Imax /π,
где V - постоянная Верде материала световода;
Imax - максимальный измеряемый ток,
а измерительно-вычислительный блок выполнен с возможностью реализации функции

где I - измеряемый ток,
Uoutk - выходной сигнал с k-го магнитооптического датчика.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1998 года RU2120128C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Kazuo Kyuma, Shuichi Tai, Masahiro Nunoschita, Takashi Takioka, and Yoshiaki Ida, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol
Способ использования делительного аппарата ровничных (чесальных) машин, предназначенных для мериносовой шерсти, с целью переработки на них грубых шерстей 1921
  • Меньщиков В.Е.
SU18A1
Печь-кухня, могущая работать, как самостоятельно, так и в комбинации с разного рода нагревательными приборами 1921
  • Богач В.И.
SU10A1
H.S
Lassing, A.A.M
Oomens, and R
Woltjer, Rev
Sci
Instrum, 1986
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Бусурин В.И., Носов Ю.Р
Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения
- М.: Энергоатомиздат, 1990, с
Устройство для выпрямления опрокинувшихся на бок и затонувших у берега судов 1922
  • Демин В.А.
SU85A1
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
Система функциональных блоков и устройств преобразования информации СУПИ
Каталог, М., 1985.

RU 2 120 128 C1

Авторы

Казачков Ю.П.

Даты

1998-10-10Публикация

1997-06-26Подача