ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК ТОКА Российский патент 2009 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерительному оборудованию, а именно к преобразователям силового тока высокого напряжения, как постоянного, так и переменного тока.

Преобразователи тока высокого напряжения, основанные на преобразовании значения силы измеряемого тока в изменяющийся по какому-либо алгоритму световой поток и передачи его по оптическим каналам на преобразователь, имеющий потенциал земли, с дальнейшим преобразованием в электрическую величину, пропорциональную измеряемому току, известны из следующих источников:

1. Адоньев Н.М., Афанасьев В.В., Жалалис Л.В. Оптико-электронный трансформатор тока на 750 кВ с прямой модуляцией светового потока. // Электротехническая промышленность. Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы. 1972 г., №6 (15), стр.19, 20;

2. Адоньев Н.М., Афанасьев В.В., Карпенко Л.Н. Оптико-электронный трансформатор высокого напряжения. // Электричество, 1969 г., №11, стр.1-5;

3. Афанасьев В.В, Адоньев Н.М, Кибель В.М. и др. Трансформаторы тока. 2-е изд., Л.: Энергоатомиздат, 1989 г., стр.343-380;

4. Афанасьев В.В., Зубков В.П., Крастина А.Д. Оптико-электронные трансформаторы тока. // Электричество, 1970 г., №7, стр.18-24.

5. Афанасьев В.В., Зубков В.П., Крастина А.Д. Оптические трансформаторы тока для систем сверхвысокого напряжения. // Электричество, 1975 г., №6, стр.21-30.

В вышеуказанных источниках приведено описание оптико-электронных трансформаторов тока и датчиков тока с внешней модуляцией, использующих эффект Фарадея, оптико-электронных трансформаторов тока и датчиков тока с внутренней частотно-импульсной, широтно-импульсной и кодо-импульсной модуляцией светового потока. Приведены схемы изготовленных и испытанных опытных и промышленных образцов:

- оптико-электронного трансформатора тока с внутренней амплитудной модуляцией, предназначенного для измерения униполярных импульсов тока с фронтами длительностью не менее 50 мкс и амплитудой до 10⁶ А в контурах, не допускающих заземления;

- оптико-электронных трансформаторов тока с внутренней амплитудной модуляцией и с частотно-импульсной модуляцией, предназначенных для работы в сети переменного тока с номинальным напряжением 750 кВ, номинального тока 2000 А с одним каналом измерения силы тока и тремя каналами релейной защиты;

- промышленного образца оптико-электронного трансформатора тока с внутренней частотно-импульсной модуляцией типа «Тразер», разработанной фирмой «Аллис-Чалмерс» (США, 1967 г.), предназначенный для работы в сети переменного тока с номинальным напряжением 230 кВ.

Наиболее близким по технической сущности к патентуемому оптико-электронному датчику тока следует считать описанный в третьем источнике оптико-электронный трансформатор тока типа «Тразер» фирмы «Аллис-Чалмерс» (США).

Этот аппарат содержит первичный преобразователь (электромагнитный трансформатор тока), быстронасыщающийся трансформатор тока, трансформатор напряжения с высокоомным делителем напряжения, блок питания, кодирующий блок, волоконный световод, приемный блок, регистрирующий прибор.

При протекании тока высокого напряжения через первичный преобразователь (электромагнитный трансформатор тока) на его выходе получается меньший ток, величина которого пропорциональна величине измеряемого тока и пригодна для измерения. Кодирующий блок преобразует значение силы тока, полученное от первичного преобразователя по заданному алгоритму, в последовательность световых импульсов и направляет световой поток по волоконному световоду в приемный блок, где световой сигнал преобразовывается обратно в пропорциональную первичному току электрическую величину, которую регистрирует регистрирующий прибор. Электрическая энергия для питания кодирующего блока получается от блока питания, на который в свою очередь энергия поступает либо от быстронасыщающегося трансформатора тока, который включен последовательно в цепь с измеряемым током, либо от трансформатора напряжения с высокоомным делителем напряжения, который включен параллельно цепи с измеряемым током.

Недостатками известного датчика тока являются:

- наличие источников питания кодирующего блока, зависимых от напряжения или тока в цепи с измеряемым током;

- наличие гальванической связи между цепью с измеряемым током и заземленными частями через высокоомный делитель.

Изобретением решается задача создания оптико-электронного датчика тока, позволяющего измерять ток в цепи высокого напряжения с одним внешним источником питания, находящимся на потенциале земли, с полной гальванической развязкой цепи высокого напряжения от потенциала земли.

Технический результат, который достигается изобретением, состоит в решении вопроса передачи энергии с потенциала земли для питания кодирующего блока оптико-электронного датчика тока, находящегося под высоким напряжением, при условии сохранения уровня изоляции и полной гальванической развязки цепи высокого напряжения от потенциала земли.

Это достигается тем, что в известном оптико-электронном датчике тока вместо блока питания, быстронасыщающегося трансформатора, высокоомного делителя с трансформатором напряжения на стороне высокого напряжения вводится батарея фотоэлементов и стабилизатор напряжения; между стороной высокого напряжения и потенциалом земли вводятся дополнительные оптические каналы; на потенциале земли вводятся дополнительно блок питания и батарея светоизлучателей. На стороне потенциала земли блок питания соединен с батареей светоизлучателей, которые через дополнительные оптические каналы соединены с батареей фотоэлементов, которая, в свою очередь, соединена со стабилизатором напряжения.

Введением блока питания с батареей светоизлучателей, дополнительных оптических каналов, батареи фотоэлементов со стабилизатором напряжения позволит отказаться от прочих источников питания кодирующего блока.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема патентуемого оптико-электронного датчика тока.

Оптико-электронный датчик тока содержит первичный преобразователь тока 1, кодирующий блок 2, оптический канал связи 3, приемный блок 4, блок питания 5, батарею светоизлучателей 6, дополнительные оптические каналы 7, батарею фотоэлементов 8, стабилизатор напряжения 9.

Оптико-электронный датчик тока работает следующим образом.

При протекании измеряемого тока через первичный преобразователь 1 на его выводах появляется электрическая величина, пропорциональная измеряемому току, которая поступает в кодирующий блок 2. В кодирующем блоке 2 электрическая величина, пропорциональная измеряемому току, преобразуется в информационный световой поток, модулированный по любому известному алгоритму. Информационный световой поток по оптическому каналу связи 3, обеспечивающему основную изоляцию и гальваническую развязку между высоким напряжением цепи с измеряемым током и потенциалом земли, направляется из кодирующего блока 2 в приемный блок 4, который преобразует модулированный информационный световой поток по обратному алгоритму в электрическую величину, которая пропорциональна измеряемому току. Блок питания 5 служит для питания приемного блока 4 и батареи светоизлучателей 6, которые преобразуют электрическую энергию в энергетический световой поток. По дополнительным оптическим каналам связи 7, которые также обеспечивают основную изоляцию и гальваническую развязку между высоким напряжением цепи с измеряемым током и потенциалом земли, энергетический световой поток направляется в батарею фотоэлементов 8. Батарея фотоэлементов 8 преобразует энергетический световой поток в электрическую энергию, которая поступает в стабилизатор напряжения 9. На выходе стабилизатора напряжения 9 получается стабилизированное напряжение, пригодное для питания кодирующего блока 2.

Таким образом, создан оптико-электронный датчик тока для измерения силы тока в цепях с любым напряжением с передачей энергии для питания кодирующего блока на сторону высокого напряжения со стороны потенциала земли при сохранении уровня изоляции и полной гальванической развязки цепи высокого напряжения от потенциала земли.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к датчикам силового тока. Оптико-электронный датчик тока состоит из первичного преобразователя, кодирующего блока, оптического канала связи между стороной высокого напряжения цепи измеряемого тока и потенциалом земли, приемного блока и блока питания, а также комплекса блоков и средств, обеспечивающих передачу энергии со стороны потенциала земли на сторону высокого напряжения. Раскрывается взаимосвязь передачи сигнала с первичного преобразователя тока до приемного блока и передачи энергии от блока питания до кодирующего блока. Технический результат - передача энергии с потенциала земли для питания кодирующего блока, находящегося под высоким напряжением, при условии сохранения уровня изоляции и полной гальванической развязки цепи высокого напряжения от потенциала земли. 1 ил.

Оптико-электронный датчик тока, содержащий первичный преобразователь, кодирующий блок, оптический канал связи между стороной высокого напряжения и потенциалом земли, приемный блок и блок питания, отличающийся тем, что для питания кодирующего блока, находящегося на стороне высокого напряжения, применен канал передачи энергии со стороны потенциала земли, состоящий из батареи светоизлучателей, силовых оптических каналов, батареи фотоприемников и стабилизатора напряжения.