СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ БОЛЬШИХ ТОКОВ Российский патент 2004 года по МПК G01R19/00 

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности для измерения, контроля, обработки и передачи информации о больших величинах переменного тока, можно использовать в измерительной технике, в частности для измерения больших переменных токов, используемых в различных областях промышленности.

Известен способ измерения переменного тока с помощью датчика [1] тока, включающего по крайней мере два проводника из числа указанных включенных параллельно проводников, которые проходят раздельно через отверстия выполненного из магнитомягкого материала второго магнитного сердечника так, что магнитные потоки, наводимые в указанном втором магнитном сердечнике двумя долями измеряемого тока, протекающими соответственно по указанным двум проводникам, направлены встречно и компенсируют друг друга.

Недостатком данного способа является то, что данным способом можно измерить только малые токи.

Известен способ измерения больших постоянных токов [2], в котором предлагается получать информацию о токе по результатам измерений напряженности или индукции магнитного поля в n отдельных точках, располагая их но контуру вокруг шин с током, причем форма контура выбирается либо круглой, либо квадратной. В последнем случае точки располагаются в середине каждого интервала, получающегося после разбиения каждой стороны на n/4 частей. Количество точек при этом выбирается равным от 12 до 20.

Известен способ измерения больших постоянных токов [3]. С выхода пояса Роговского аналоговый сигнал поступает на преобразователь напряжение-частота, преобразуется в частоту импульсов, после чего последние суммируются с помощью счетчика.

Недостатком данных способов является то, что они предназначены для измерения больших, но только постоянных токов.

Ближайшим аналогом является способ измерения больших токов без применения измерительных трансформаторов [4], основанный на применении разветвителей тока, когда через измерительную цепь протекает лишь часть общего тока, подлежащего измерению. Разветвитель тока представляет собой 2, 3 или n одинаковых проводников, включенных таким образом, что через измерительное устройство протекает 1/2, 1/3 или 1/n часть общего тока, причем лишь один подключен к цепям измерения устройства или пропущен через внешний измерительный трансформатор тока. Сечение каждого из проводников выбирают из расчета протекания 1/2, 1/3 или 1/n части общего тока в течение времени, соответствующего заданному режиму измерения.

Недостатком прототипа является наличие большого количества проводников и большого числа контактных соединений, увеличивающих ошибки в измерениях.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего расширить функциональные возможности в направлении увеличения предела измеряемых токов, существующих измерительных трансформаторов и снизить погрешности измерения большого тока.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе измерения больших токов, основанном на применении разветвителей тока, представляющих собой три калиброванных проводника, включенных через трансформатор, проводники разветвителя проходят через “окно” трансформатора тока встречно-параллельно, образуя первичную обмотку трансформатора тока, и создают результирующий магнитный поток, пропорциональный разности магнитных потоков, создаваемых токами ветвей разветвителя, причем проводники имеют одинаковое сечение, в линейных зажимах закреплены неразборно, что исключает влияние переходных сопротивлений при присоединениях, а значение тока определяют по формуле:

I=3K_нi₂,

где K_н - коэффициент трансформации трансформатора тока;

i₂ - ток вторичной обмотки трансформатора тока.

Преимуществом данного способа является следующее:

- в измерении участвуют все проводники, и исключается ошибка, вызванная изменением переходных сопротивлении в контактах в случае применения отдельных проводников для сборки измерительных схем;

- возможность выполнить отдельным устройством с фиксированным значением коэффициента трансформации (К=1200 в случае применения трансформатора типа УТТ-6М) и вторичным током 5 А;

- возможность калибровки с гарантированной точностью измерения.

Способ осуществляется следующим образом.

Метод основан на применении разветвителя тока, состоящего из трех одинаковых проводников. Схема подключения проводников показана на чертеже, где 1 - проводники разветвителя (первичная обмотка трансформатора тока), 2 - ферромагнитный сердечник трансформатора тока, 3 - вторичная обмотка трансформатора тока, Л₁ и Л₂ - линейные (генераторные) зажимы разветвителя тока, I₁ I₂, I₃ - токи в ветвях разветвителя, Ф₁, Ф₂, Ф₃ - магнитные потоки, создаваемые токами ветвей разветвителя, U₁, U₂ - зажимы вторичной (измерительной обмотки) трансформатора тока, i₂ - ток вторичной (измерительной обмотки, А - амперметр.

Суммарный ток I в точках Л₁ и Л₂ равен:

где

Проводники разветвителя проходят через “окно” трансформатора тока встречно-параллельно и создают магнитные потоки, пропорциональные ампервиткам разветвителя

I₁·W₁=Ф₁, I₂·W₂=Ф₂, I₃·W₃=Ф₃,

W₁=W₂=W₃=1,

но результирующий поток равен

т.е. результирующий поток равен потоку, созданному током одной ветви.

Номинальное значение коэффициента трансформации трансформатора тока

Для определения значения тока справедливо

Т.e. показания амперметра нужно умножить на 3 К_н.

Пример

При коэффициенте трансформации K_н для номинальных значений трансформатора тока

Для определения значения тока справедливо

I=3K_нi₂=3·400·i.

Т.е. показания амперметра А нужно умножить на 3K_н=1200.

Предлагаемый способ позволяет увеличить предел измеряемых переменных токов, существующих измерительных трансформаторов и снизить погрешности измерения.

Источники информации

1. Патент РФ 2138824, G 01 R 19/00, G 01 R 19/22, 1999.

2. Патент РФ 2108589, G 01 R 19/00, 1998.

3. Патент РФ 2156981, G 01 R 19/00, 2000.

4. Комплектное испытательное устройство "Сатурн-М", "Сатурн-M1". Техническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт. Научно-производственная фирма "Радиус", с. 30-31 (прототип).

Использование: для измерения, контроля, обработки и передачи информации о больших величинах переменного тока. Технический результат - увеличение предела измеряемых переменных токов, существующих измерительных трансформаторов и снижение погрешности измерения. Проводники разветвителя проходят через "окно" трансформатора тока встречно-параллельно, образуя первичную обмотку трансформатора тока и создают результирующий магнитный поток, пропорциональный разности магнитных потоков, создаваемых токами ветвей разветвителя, причем проводники имеют одинаковое сечение и в линейных зажимах закреплены неразборно, что исключает влияние переходных сопротивлений при присоединениях. Значение тока определяется по формуле: I=3К_нi₂, где К_н - коэффициент трансформации трансформатора тока; i₂ - ток вторичной обмотки трансформатора тока. 1 ил.

Способ измерения больших токов, основанный на применении разветвителей тока, представляющих собой три калиброванных проводника, включенных через трансформатор, отличающийся тем, что проводники разветвителя проходят через "окно" трансформатора тока встречно-параллельно, образуя первичную обмотку трансформатора тока, и создают результирующий магнитный поток, пропорциональный разности магнитных потоков, создаваемых токами ветвей разветвителя, причем проводники имеют одинаковое сечение, в линейных зажимах закреплены неразборно, что исключает влияние переходных сопротивлений при присоединениях, а значение тока определяют по формуле

I=3К_нi₂,

где К_н - коэффициент трансформации трансформатора тока;

i₂ - ток вторичной обмотки трансформатора тока.